TWM536412U

TWM536412U - 孔洞及膜厚自動化檢測裝置

Info

Publication number: TWM536412U
Application number: TW105213542U
Authority: TW
Inventors: Qing-Fu Xie
Original assignee: Kenmec Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-02-01

Description

孔洞及膜厚自動化檢測裝置

本創作涉及一種孔洞及膜厚自動化檢測裝置，特別是涉及一種可用於自動檢測及回饋孔洞參數及膜厚資訊的孔洞及膜厚自動化檢測裝置。

在三維積體電路(3-Dimentional IC)中，通常是藉由穿設於半導體層內的導電結構(conductive via)來相互電性連接，以使多個垂直堆疊的晶片之間進行訊號傳遞，進而縮小尺寸。

矽穿孔技術為一種利用通孔結構達成連接該等垂直堆疊晶片之技術，並可取代引線焊接(wire bonding)之技術而節省引線焊接技術所需之繞線及額外之中介層。

在矽穿孔製程中，孔洞參數會影響最後產品的良率。然而，過去要有效地統計上述參數，必須在完成導電結構所有的製程後，才能作電性測試，接著再做「破壞性」的切片並觀察穿孔影像，相當耗時。

隨著元件密集度增加，孔洞的數量以及深寬比也隨著增加。大部分現有的矽穿孔檢測裝置每次只能分析一個孔洞，以得到和孔洞相關的參數。為了避免耗時過長，通常僅會在不同的區域範圍內隨機檢測其中的幾個孔洞，而不會全面檢測。如此，所量取的孔洞參數的準確度不一定能夠全面反映實際的情況，也無法提供於形成矽穿孔的製程段，以進行參數調整。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種孔洞及膜厚自動化檢測裝置，可用以檢測孔洞的參數，並將量測結果回饋至製程端，以優化製程參數。

本創作所採用的一技術方案是，提供一種孔洞及膜厚自動化檢測裝置，可被應用於一元件生產線，以檢測一表面具有多個孔洞的基材。孔洞及膜厚自動化檢測裝置並可以和穿孔裝置配合，以優化製程參數。孔洞及膜厚自動化檢測裝置包括光學量測單元、處理單元以及電性連接於處理單元的回饋單元。光學量測單元從基材表面的一待測區中同時擷取一待測區影像以及獲得一反射光譜資訊，其中，待測區影像包括具有至少一孔洞的一孔洞影像，其中，待測區影像包括具有至少一所述孔洞的孔洞影像。處理單元電性連接於光學量測單元，其中，處理單元根據接收的待測區影像及反射光譜資訊，以計算對應的至少一孔洞的孔洞參數。處理單元通過回饋單元將孔洞參數回饋至一製程端。

綜上所述，本創作的有益效果在於，本創作實施例所提供的孔洞及膜厚自動化檢測裝置可應用於半導體元件的生產線，並可通過電性連接於穿孔裝置與處理單元之間的回饋單元，將已測得的孔洞參數回饋至製程端，以優化製程參數。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制。

Z1‧‧‧元件生產線

1a‧‧‧穿孔裝置

10‧‧‧控制器

11‧‧‧蝕刻單元

1b‧‧‧成膜裝置

2‧‧‧孔洞及膜厚自動化檢測裝置

20‧‧‧可旋轉位移平台

200‧‧‧承載部

201‧‧‧X軸驅動單元

202‧‧‧Y軸驅動單元

203‧‧‧可升降旋轉軸

21‧‧‧光學量測單元

210‧‧‧光產生器

210a‧‧‧發光源

210b‧‧‧光整形元件

211‧‧‧光學組件

214‧‧‧反射鏡面

215‧‧‧光形調整元件

216‧‧‧透鏡

212‧‧‧影像感測單元

213‧‧‧光譜儀

22‧‧‧處理單元

23‧‧‧回饋單元

3、3’‧‧‧基材

3a‧‧‧表面

300、300’‧‧‧孔洞

31‧‧‧膜層

30‧‧‧底材

TA‧‧‧待測區

L1‧‧‧檢測光

L‧‧‧反射光

R1‧‧‧第一反射光線

R2‧‧‧第二反射光線

R3‧‧‧第三反射光線

L11‧‧‧第一光束

L12‧‧‧第二光束

5‧‧‧檢測路徑

P1~P17‧‧‧檢測位置

圖1為本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置應用於元件生產線的功能方塊圖。

圖2為本創作實施例的光學量測單元對基材進行檢測的剖面示意圖。

圖3為本創作實施例的可旋轉移動平台的俯視示意圖。

圖4本創作實施例的基材的俯視示意圖。

圖5為檢測光投射到基材表面的局部俯視放大圖。

圖6為檢測光投射到基材表面的局部剖面示意圖。

圖7為檢測光投射到另一實施例的基材表面的局部剖面示意圖。

請參考圖1，圖1為本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置應用在元件生產線的功能方塊圖。孔洞及膜厚自動化檢測裝置2可應用在元件生產線Z1中，來檢測具有多個孔洞的基材。當基材包括底材及形成於底材上的膜層時，本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2除了可用於檢測孔洞之外，還可檢測膜層的厚度，以分別得到孔洞參數及膜厚資訊。

孔洞及膜厚自動化檢測裝置2並可將檢測到的孔洞參數或者膜厚資訊回饋到製程端，以優化製程參數。

在本實施例中，製程端例如包括穿孔裝置1a及成膜裝置1b。在本實施例中，是以製程端為穿孔裝置1a為例，來說明孔洞及膜厚自動化檢測裝置2配合製程端，來優化製程參數。

前述的穿孔裝置1a用以在一基材內形成多個孔洞。請先參照圖6，在一實施例中，基材3例如是半導體基材、絕緣基材、金屬基材或者是複合基材等等，孔洞300可以是通孔或者是盲孔。在另一實施例中，請先參照圖7，基材3’是包括底材30以及膜層31，其中膜層31是通過成膜裝置1b被沉積於底材30上。構成膜層31的材料可以是氧化物層或氮化物層，根據實際需求而決定。成膜裝置1b例如是用以執行物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程或者是熱氧化製程，以形成膜層31的裝置。

請再參照圖1，穿孔裝置1a包括一控制器10以及和控制器10電性連接的蝕刻單元11。控制器10可根據預設孔洞參數及製程參數，控制蝕刻單元11對基材3進行蝕刻。前述的蝕刻單元11例如是雷射，而製程參數例如是雷射的輸出功率，預設孔洞參數可包括預定形成的孔洞深度、數量及孔徑等參數。在一些實施例中，孔洞具有高深寬比，大約是介於5至15之間。

請參照圖1，在利用穿孔裝置1a在基材上形成多個孔洞之後，即可通過本創作實施例所提供的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2來檢測孔洞，以得到實際的孔洞參數，包括孔徑、深度以及每兩個相鄰的孔洞之間的間距(Pitch)。孔洞及膜厚自動化檢測裝置2包括可旋轉位移平台20、光學量測單元21、處理單元22以及回饋單元23，其中可旋轉位移平台20、光學量測單元21以及回饋單元23都和處理單元22電性連接。

請參照圖2，顯示本創作實施例的光學量測單元對基材進行檢測的剖面示意圖。基材3設置在可旋轉位移平台20上，使光學量測單元21對基材3進行檢測。

在一實施例中，基材3在被裝載至可旋轉位移平台20上之前，會先被載入一裝載埠(未圖式)，之後再通過一機械手臂(未圖示)將基材裝載至可旋轉位移平台20上。

可旋轉位移平台20電性連接處理單元22，並通過處理單元22的控制而相對於光學量測單元21進行移動或轉動。

請配合參照圖3，圖3顯示本創作實施例的可旋轉移動平台的俯視示意圖。進一步而言，基材3可被固持在可旋轉位移平台20的一承載部200。基材3可以通過已知的技術手段，例如：真空吸附或者是夾具，而被固定在可旋轉位移平台20上。

在本創作實施例中，可旋轉位移平台20包括一X軸驅動單元201、一Y軸驅動單元202以及一可升降旋轉軸203，其中，X軸驅動單元201、Y軸驅動單元202以及可升降旋轉軸203都電性連接於處理單元22(圖3未示)。

換言之，處理單元22可根據通過X軸驅動單元201以及Y軸驅動單元202調整基材3在一水平面上的位置，且處理單元22並可通過可升降旋轉軸203帶動基材3在Z軸上移動或者自轉一預定角度。整體而言，基材3可以通過可旋轉位移平台20進行X軸、Y軸、Z軸的位移以及θ軸的旋轉。

請配合參照圖4。圖4顯示本創作實施例的基材的俯視示意圖。通過上述可旋轉位移平台20的移動或轉動，光學量測單元21可沿著一檢測路徑5檢測基材3上的多個孔洞。

如圖4所示，基材3上已經預設多個檢測位置P1~P17，通過可旋轉位移平台20的移動或轉動，可使光學量測單元21沿著檢測路徑5依序對檢測位置P1~P17進行檢測。

在本創作實施例中，檢測路徑5為螺旋狀檢測路徑。也就是說，光學量測單元21對檢測位置P1進行檢測之後，通過可旋轉位移平台20移動基材3，可使光學量測單元21繼續對基材3的下一個檢測位置P2進行檢測，以此類推。

請再參照圖2，光學量測單元21包括光產生器210、光學組件211、影像感測單元212以及光譜儀213。

光產生器210用以產生一投射至基材3表面3a的檢測光L1。前述的檢測光L1可以是可見光(visible light)或不可見光(invisible light)，而此不可見光例如是紅外線。在一實施例中，檢測光L1的波長是介於450nm至800nm之間。

本實施例的光產生器210包括一發光源210a以及光整形元件210b，其中光整形元件210b用以將來自於發光源210a的初始光調整成點形光或線形光。在一實施例中，光整形元件210b可以是空間濾波元件，例如：狹縫結構或者是針孔結構，但本創作並不以此為限。在本實施例中，光整形元件210b為針孔。

另外，光學量測單元21還包括一反射鏡面214、一光形調整元件215以及一透鏡216，依序設置於檢測光L1的光路上。檢測光L1通過反射鏡面214的反射改變路徑，並通過光形調整元件215以及透鏡216而聚焦在基材3的表面3a。

請配合參照圖5，顯示檢測光投射到基材表面的局部俯視放大圖。檢測光L1投射到基材3表面3a的一待測區TA，而待測區TA的涵蓋範圍內的孔洞數量是介於2至10之間。

在圖5的實施例中，待測區TA的涵蓋範圍內的孔洞數量為9，可根據檢測光L1投射到基材3表面的光斑尺寸決定。也就是說，利用本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2對基材3表面的多個孔洞300進行檢測時，每次可以對一個以上的孔洞進行檢測，可增加取樣的數量，從而可得到較能反映實際情況的孔洞參數。

另外，請參照圖2與圖6，顯示檢測光投射到基材表面的局部剖面示意圖。如圖2所示，檢測光L1通過待測區TA的反射而形成一反射光L。

進一步而言，請參照圖6，在本實施例中，孔洞300為盲孔，檢測光L1照射到基材3後，會分別入射到孔洞300內以及照射到基材3表面，其中入射到孔洞300內的檢測光L1反射之後形成第一反射光線R1，而入射到基材3表面的檢測光L1反射之後形成第二反射光線R2，而同時被光學量測單元21接收。也就是說，反射光L會同時包含第一反射光線R1與第二反射光線R2。

另外，請參照圖7，顯示檢測光投射到另一實施例的基材表面的局部剖面示意圖。在圖7的實施例中，孔洞及膜厚自動化檢測裝置2也可用來檢測同時具有膜層31及孔洞300’的基材3’。

詳細而言，基材3’包括一底材30及形成於底材30上的膜層31。在這個實施例中，檢測光L1照射到基材3之後，除了被孔洞300’底部及底材30表面反射而形成第一反射光線R1與第二反射光線R2之外，檢測光L1照射到膜層31表面被反射後形成第三反射光線R3。也就是說，反射光L會包含第一反射光線R1、第二反射光線R2以及第三反射光線R3。

請再參照圖2，光學組件211設置於反射光L的光路上，其中反射光L通過光學組件211的分光而分成一第一光束L11以及一第二光束L12並將反射光L分成一第一光束L11一第二光束L12。光學組件211例如是分光鏡。

影像感測單元212設置於第一光束L11的光路上，用以接收第一光束L11，而得到待測區影像，且待測區影像包括一具有至少一個孔洞的孔洞影像。影像感測單元212可為互補式金屬氧化物半導體感測元件(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)或電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)。影像感測單元212將所擷取到的待測區影像傳送至處理單元22進行影像處理。

另外，光譜儀213設置在第二光束L12的光路上，用以接收第二光束L12，而獲得反射光譜資訊。進一步而言，光譜儀213在接收第二光束L12後，將第二光束L12分散成多個具有不同波長的色光，再分別將這些色光的光強度轉換為對應的電信訊號(即反射光譜資訊)，再傳送至處理單元22。

處理單元22接收由影像感測單元212與光譜儀213所傳送的待測區影像以及反射光譜資訊，對待測區影像以及反射光譜資訊進行分析與運算。進一步而言，處理單元22可對待測區影像進行影像處理分析，以辨識出位於待測區影像中的多個孔洞300、300’的邊緣，從而決定孔洞300、300’的中心點、孔徑以及每兩個相鄰的孔洞300、300’之間的間距(Pitch)。

須說明的是，在量測圖6所示的基材3時，由於第二光束L12中包含第一反射光線R1與第二反射光線R2的信號，因此處理單元22可以從反射光譜資訊模擬推算出孔洞300的深度以及孔洞300的底部形貌。

在量測圖7所示的基材3’時，第二光束L12中包含第一反射光線R1、第二反射光線R2以及第三反射光線R3的信號，因此處理單元22除了推算出孔洞300’的深度以及孔洞300’的底部形貌之外，還可以模擬計算膜層31的厚度，而得到膜厚資訊。

基於上述，處理單元22可以根據待測區影像以及反射光譜資訊獲得孔徑、間距、深度以及底部形貌等孔洞參數。在基材3’具有膜層31的情況下，除了獲得上述孔洞參數外，還可以進一步獲得膜厚資訊。

請再參照圖1，回饋單元23電性連接於處理單元22和穿孔裝置1a的控制器10之間。處理單元22可通過回饋單元23將量測的孔洞參數回饋至控制器10，使控制器10可根據孔洞參數調整製程參數，以達到優化製程參數的效果。

舉例而言，本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2可量測孔洞的底部形貌，並通過回饋單元23回饋至製程端，如：穿孔裝置1a。因此，對於一些需要在基材中形成通孔的製程而言，當孔洞及膜厚自動化檢測裝置2量測到孔洞300的底部形貌時，代表在利用蝕刻單元11在基材3上形成孔洞時，蝕刻單元的輸出功率過小，因此無法在基材3內形成通孔。

另外，對於一些在基材中形成盲孔的製程而言，孔洞及膜厚自動化檢測裝置2可回饋孔洞深度，控制器10在接收到回饋單元23所傳送的孔洞參數後，可比對回饋的孔洞深度以及預設的孔洞參數。一旦兩者的落差過大，控制器10可及時調整製程參數，以免影響後續製程及產品良率。

另外，回饋單元23也可電性連接於成膜裝置1b與處理單元22之間，且處理單元22可通過回饋單元23將膜厚資訊回饋至成膜裝置1b，以優化沉積膜層31時的製程參數。由於本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2會針對基材3’的多個不同待測區TA，來進行測量。因此，處理單元22可將在不同待測區TA的膜厚資訊都通過回饋單元23回饋至成膜裝置1b。成膜裝置1b可根據膜厚資訊進一步分析膜層31的厚度均勻性，以改良沉積製程的參數。

綜上所述，本創作的有益效果在於，本創作實施例所提供的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2可應用於元件生產線，以檢測表面具有多個孔洞300的基材3’或是同時具有膜層31及孔洞300’的基材3’。並且，通過電性連接於穿孔裝置1a(或成膜裝置1b)與處理單元22之間的回饋單元23，將已測得的孔洞參數或膜厚資訊回饋至製程端，以優化製程參數。

另外，在本創作實施例中，每次孔洞及膜厚自動化檢測裝置2對不同的待測區進行檢測時，可以一次偵測多個孔洞之後再計算平均值。相較於現有單孔量測裝置而言，本創作實施例的孔洞及膜厚自動化檢測裝置2可大幅節省量測的時間，又可提升量測的準確度。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，故凡運用本創作說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。