光声基底评估系统和方法技术方案

本文公开了一种用于识别形成到基底中的结构的一个或多个特征的系统和方法。在所述基底中诱发表面声波和体声波并使其行进通过其中感测到所述声波的所感兴趣的结构。将与所述结构的一个或多个特征有关的信息编码在所述波中。对所编码的信息进行评估以确定所述所感兴趣的特征。

【技术实现步骤摘要】
光声基底评估系统和方法本申请于2014年2月5日作为PCT国际专利申请提交并且要求2013年3月15日提交的美国临时申请序号61/799,089和2013年3月15日提交的美国临时申请序号61/799,448的优先权，所述申请的主题全文以引用的方式并入本文。本申请是申请号为2014800257358的中国专利技术专利的分案申请。
本专利技术涉及与形成到半导体基底中的表面结构和地下结构的制造和测试相关的光声计量系统和方法。
技术介绍
声学测量系统通过非破坏性地穿透实心材料来操作以收集与内部特征包括缺陷诸如裂缝、分层和空隙有关的信息。由于它们能够非破坏性地找到和收集信息，因此已在电子组件和组合件的生产中使用了例如声学显微镜，以进行质量控制、可靠性和失效分析。在该领域对光声计量系统和方法的进一步改进的需求不断增长以便与半导体制造行业保持同步并且推动半导体制造行业的进步。
技术实现思路
本专利技术可以具有许多应用，但在一个例子中包括用于评估基底诸如半导体晶片中的结构的系统和方法。此类评估半导体晶片中的结构的系统和方法之一包括以下这一步骤：在基底表面的第一位置处诱发至少一个表面声波，该第一位置邻近至少部分横向于该基底表面而形成的结构。测量表面声波行进到基底表面上第二位置所花费的时间长度。表面声波在从第一位置移动到第二位置时，与形成于基底中的结构至少部分地相互作用。表面声波在基底表面中的诱发相对于该结构在多个位置处重复进行。至少基于从测量值所获得的时间长度数据，可确定所感兴趣的结构特征。例如，可确定结构位置，而不管该结构是实心的还是空心的和/或不管该结构是否是连续的。本专利技术还涉及对使用微制造技术与基底形成为一体的地理上划界的结构执行计量。本文所使用的地理上划界的结构是指三维结构(这些三维结构为计量主体)并且可包括例如柱状物、隆起物、焊球或金属球、焊盘等，它们形成于半导体晶片上作为半导体装置的一部分诸如芯片、插入器、多芯模块等。可使用平版印刷术和本领域技术人员熟知的其它微制造技术来形成这些结构。通过根据本专利技术的系统和方法所获得的信息用于制造这些对象，包括例如用于质量保证的目的；用于认证设计选择；以及用于控制形成该对象的微制造过程。应理解，本文所公开的系统和方法可用于广泛种类的应用，包括远远超出半导体制造工业的应用。附图说明图1是根据本专利技术的原理的光声系统的一个实施方案的示意性表示。图2-4是本专利技术可寻址的各种半导体装置的截面表示。图5a是表示从光声系统诸如图1所示的光声系统所获得的时间域数据的图形。图5b是表示源自图5a所示数据的频率域数据的图形。图6是用于半导体装置的一种类型的通孔的示意性表示。图7是根据本专利技术的一个实施方案的表面声波的诱发和测量的示意性前视表示。图8是根据本专利技术的实施方案的表面声波的诱发和测量的示意性平面图。图9a-9c是可用于执行本专利技术的各种实施方案的所选择的光学系统的示意性表示。图10是正同时评估的结构的多种结构的示意性表示。图11是根据本专利技术的系统的实施方案的示意性图示，该系统在操作中使用了体声波检测器和表面声波检测器的组合。图12是图11的系统的某些硬件组件的示意性图示。图13是图11的系统的示例性检测(探针)和激励(泵)激光器构造的示意性图示。图14是图13的用于检测内部缺陷在样品中的存在的激光器构造的示意性图示。图15是从检测激光器所收集的与通孔直径和通孔深度相关的数据的图表。图16是从检测激光器所收集的指示了通孔中的空隙的数据的图表。图17是根据本专利技术的替代检查方法的示意性表示。具体实施方式在本专利技术的以下详细描述中，参照形成其一部分的附图，并且其中通过图解的方式示出了其中可以实践本专利技术的具体实施方案。在所有附图中，相同的附图标记描述基本相同的组件。对这些实施方案进行了足够详细地描述，以使得本领域的技术人员能够实践本专利技术。可利用其它实施方案，且能作出结构上、逻辑上和电气上的改变而不脱离本专利技术的范围。以下详细说明因此并非处于限制的含义，并且本专利技术的范围仅由所附权利要求及其等效物来限定。参照图1，示出了可执行本专利技术的方法的示例性光声计量系统15的示意性表示。总体上，该系统包括泵激光器20(本文也称为激励激光器)；探针激光器22(本文也称为检测激光器)；光学器件，包括将来自泵激光器20和探针激光器22的辐射引导到对象10的透镜、滤光镜、偏振器等(未示出)；用于基底/样品12的机电支撑物24，对象10是基底/样品的一部分，机电支撑物24适于使基底12相对于泵激光器20和探针激光器22移动；束捕集器26，该束捕集器用于从泵激光器捕获从对象10返回的辐射；传感器28，该传感器适于感测来自探针激光器22的从对象10返回的辐射的强度；以及控制器30，该控制器耦合到泵激光器20和探针激光器22、机电支撑物24以及传感器28。应理解，控制器30可为独立式或分布式计算装置，能够执行必要的计算、接收和发送指令或命令并且能够接收、存储和发送与系统的计量功能有关的信息。在所描述的实施方案中，在图1所示的光声系统15的实施方案中，泵激光器20和探针激光器22可共享通往和来自对象10的光学路径的至少一部分。例如，这些激光器可具有多种不同的相对布置，包括其中这些路径相同、部分重叠、相邻或如图13所示同轴的配置。在其它实施方案中，泵激光器20和探针激光器22以及束捕集器26和传感器28并不共享光学路径。优选地，泵激光器20和探针激光器22可直接受控以在指向对象10的光脉冲之间获得必要的时间间隔。应理解，许多光学配置是可能的。在一些配置中，泵可为脉冲宽度在几百飞秒至几百纳秒范围内的？脉冲激光器并且探针束为耦合到干涉仪或束偏转系统的连续波束。例如，在其中探针被施以脉冲的系统中，该系统可使用延迟级(未示出)，该延迟级使得与其相关的激光器与对象10之间的光学路径的长度增大或减小。延迟级，如果提供的话，将受控制器30控制以获得入射到对象上的光脉冲的必要的时间延迟。许多其它替代配置也是可能的。在其它实施方案上，该系统并不包括延迟级。应理解，图1的示意性图示并非旨在进行限制，而是描述了多个示例性配置之一以用于阐述本专利技术的新特征。在操作中，光声计量系统15将来自泵激光器20的一系列光脉冲引导到对象10。使这些光脉冲入射(即，以某个角度，该角度可为零度至90度之间的任何角度，包括例如45度和90度)到对象10上并且至少部分由对象10吸收。对象对光的吸收导致在对象10的材料中形成瞬态膨胀。所述膨胀足够短以致其诱发本质上是超声波的声波，所述声波以与声纳波向下进入到水体中大致相同的方式向下进入到对象10中。使从对象10反射的进入到束捕集器26(通常也称为“光子旅馆”)中，该束捕集器消除或吸收泵辐射。除了引导泵激光器20的操作外，控制器30还引导探针激光器22的操作。探针激光器22将一系列光脉冲中的辐射在某个时间序列中引导到对象10的表面上，这旨在拦截超声波返回到对象的表面。探针激光器22的光脉冲与对象10的表面的相互作用在超声波返回到该对象的表面时修改了探针激光器的光脉冲，这些光脉冲从对象10通过分束器29引导到传感器28。传感器28可适于感测由于因穿过该系统的瞬态应力波所引起的对象的光学特征的应力诱发变化而造成的探针光束的强度变化。在使用了连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体芯片的方法，包括以下步骤：在晶片上形成结构，所述结构选自由通孔和柱状物组成的组；将激光引导到所述晶片的表面上以诱发体声波或表面声波中的至少一个穿过所述结构在所述晶片上的预期位置；根据所述晶片的表面的表面位移，确定与所述结构的结构特征相关的一个或多个频率；至少部分地基于对随时间变化的相关频率中的至少一个的检验来确定所述结构是否包括缺陷；只有所述结构缺少某些缺陷才对所述晶片进行背面研磨；以及将所述晶片分成单独的微芯片。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/799,089;2013.03.15 US 61/799,4481.一种制造半导体芯片的方法，包括以下步骤：在晶片上形成结构，所述结构选自由通孔和柱状物组成的组；将激光引导到所述晶片的表面上以诱发体声波或表面声波中的至少一个穿过所述结构在所述晶片上的预期位置；根据所述晶片的表面的表面位移，确定与所述结构的结构特征相关的一个或多个频率；至少部分地基于对随时间变化的相关频率中的至少一个的检验来确定所述结构是否包括缺陷；只有所述结构缺少某些缺陷才对所述晶片进行背面研磨；以及将所述晶片分成单独的微芯片。2.如权利要求1所述的方法，其中所诱发的声波穿过由介电材料制成的至少一个介电层。3.如权利要求2所述的方法，其中所诱发的声波穿过由导电材料制成的至少一个导电层，所述导电材料选自由以下各项组成的组：铝、铜、银、硒、铅、镍、金和/或锡化合物。4.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个导电层和所述至少一个介电层具有完全不同的声学特性，以使得在所述结构中行进的声波上施加有一个或多个频率，所述频率指示所述结构中的结构异常性或与所述结构相关的感兴趣尺寸中的至少一个。5.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电层和所述至少一个介电层具有完全不同的声学特性，以使得在所述结构中行进的声波上施加有一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·默里，曼朱莎·梅赫代尔，迈克尔·科特扬斯基，罗宾·迈尔，普里亚·穆昆汗，
申请(专利权)人：鲁道夫技术公司，科罗拉多州立大学董事会法人团体，
类型：发明
国别省市：美国,US