膜厚测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测量系统，其包括：透镜组件，其被配置为接收来自被测样品的反射光，并将反射光至少分为第一反射光和第二反射光；成像单元，其被配置为接收第一反射光，以获取被测样品表面的成像数据，成像数据包括被测孔在被测样品的至少一个检测区域中的分布信息；膜厚测量单元，其被配置为接收第二反射光，以获取被测孔的孔底膜厚的数据；以及处理单元，其与成像单元、膜厚测量单元通信连接，并且被配置为基于分布信息来确定被测孔的检测路径，并基于孔的检测路径来使得膜厚测量单元获得每个被测孔的孔底膜厚的数据，进而实现对至少一个检测区域中的被测孔的测量。

【技术实现步骤摘要】
膜厚测量系统及方法
本专利技术属于封装技术检测领域，尤其涉及一种涉及被测区膜厚的高精度、无损伤测量的测量装置及方法。
技术介绍
随着电子产品进一步向小型化和多功能化发展，集成电路逐渐向高密度、轻小型、低能耗和系统级发展，集成电路封装技术进入了高密度封装时代。由于依靠减小特征尺寸来不断提高集成度的传统封装方式逐渐接近极限，三维封装技术成为延续摩尔定律的最佳选择。三维封装又称叠层芯片封装技术，是指在不改变封装提尺寸的前提下，在同一个封装体内在垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。与传统封装技术相比，三维封装技术不仅缩小器件尺寸减轻重量、更有效的使用了硅片有效区域、还使器件以更快转换速率运转。三维封装的实现也伴随着大量新的半导体制作技术，譬如，硅片通孔互连(TSV，ThroughSiliconVias)技术，该技术利用垂直硅通孔完成芯片间互连。针对TSV工艺，一般需要检测TSV孔大小、位置信息以及孔底薄膜厚度。在TSV孔底薄膜测量过程中，被测区域十分小(TSV孔径一般是几十至几百微米量级)、高度相差大以及芯片上零散分布的孔的数量多。目前存在一些测量TSV孔底膜厚的方法，譬如，通过SEM成像进行孔底膜厚分析，然而该种方法是一种破坏性测量方法，需要将TSV孔剖开侧面成像，仅能用于抽样研究，无法实现普遍的工艺监测。与TSV孔底膜厚测量类似，芯片加工工艺中也有许多其他测量几十微米尺寸结构膜厚的应用需求，如对沟槽、方形孔、长孔、柱形凸起、同心圆等结构进行膜厚测量。并且，随着加工工艺发展，将会出现许多新的微米尺寸结构膜厚测量需求。因此，亟需一种能够适于普遍的工艺监测的孔底膜厚测量方法。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出一种反射谱测量光学系统及相应实软硬件实现方案，其中，该光学系统通过信号采集端光学设计，能在大光斑照明基础上实现TSV孔底膜厚分析，并且该光路可以实现芯片表面成像，从而在同一测量系统中实现TSV孔定位及孔径测量功能，进而实现芯片上TSV孔自动检测与分析。本专利技术一方面提出了一种测量系统，其包括：透镜组件，其被配置为接收来自被测样品的反射光，并将所述反射光至少分为第一反射光和第二反射光；成像单元，其被配置为接收所述第一反射光，以获取所述被测样品表面的成像数据，所述成像数据包括所述被测样品的至少一个检测区域中的至少一个被测区的分布信息；膜厚测量单元，其被配置为接收所述第二反射光，用于获取所述至少一个被测区中指定的物的膜厚的数据；以及处理单元，其与所述成像单元、所述膜厚测量单元通信连接，并且被配置为基于所述分布信息来确定所述至少一个被测区的检测路径，并基于所述至少一个被测区的检测路径来使得所述膜厚测量单元获得所述被测区的膜厚的数据，进而实现对所述至少一个检测区域中的指定的被测区的测量；其中，在光学路径上，所述成像单元的光谱接收面、所述膜厚测量单元的光谱接收面被设置为与所述被测样品光学共轭。在一种实施方式中，所述被测区包括凹陷或凸起。通过上述实施方式，能够实现对被测样品(譬如，芯片)表面上所分布的多个被测区的膜厚进行测量，而无需破坏芯片。在一种实施方式中，所述处理单元基于所述分布信息来确定所述被测区的检测路径的过程包括：基于所述被测样品表面的区域性特征来确定所述至少一个检测区域，进而确定所述至少一个检测区域的检测路径；以及基于所述被测区的特征来确定所述被测区在所述至少一个检测区域中的分布，进而确定所述被测区的检测路径。该实施方式对孔的检测路径的规划进行了阐述。一般来说，被测样品上存在多个需要测量的检测区域，处理单元基于成像数据识别出该些检测区域，进而获得检测区域的检测路径，即检测次序。依照检测路径确定当前的检测区域，然后基于被测区在当前检测区域上的分布，确定被测区的检测路径。在一种实施方式中，当所述被测区包括被测孔时，确定所述被测孔在所述至少一个检测区域中的分布的过程包括：所述处理单元基于所述成像数据获得圆孔信息，其中，所述圆孔信息包括圆孔分布以及圆孔特征信息；以及所述处理单元基于所述被测孔的特征以及所获得的圆孔信息来确定所述被测孔的在所述被测样品表面的分布。该实施方式对被确定测孔的分布进行了阐述。处理单元将首先获得位于被测样品上的圆孔的分布以及其特征，譬如，圆孔的位置、大小等。然后，基于被测孔的大小、形状等特征参数，从该些圆孔中确定被测孔。在一种实施方式中，所述膜厚测量单元包括至少一个光阑，所述至少一个光阑沿光学路径设置在所述膜厚测量单元的光谱接收面和所述透镜组件之间，以使得所述膜厚测量单元的光谱接收面仅接收由所述被测区所产生的反射光。具体地，所述膜厚测量单元包括第一光阑和第二光阑，其中，所述第一光阑用于滤除第一特性的反射光所述第二光阑用于滤除第二特性的反射光。更进一步地，所述第一特性的反射光的反射角度小于所述第二特性的反射光的反射角度。第一光阑与所述第二光阑同光轴地设置，所述第一光阑的孔直径大于所述第二光阑的孔直径。该实施方式提出了实现光选择性接收的结构，通过在光谱仪之前设置至少一个光阑，来将孔外的反射光滤除，实现了大成像区域的情况下，小区域的测量。在一种实施方式中，所述指定的被测孔通过以下过程中的至少一项来确定：所述处理单元根据所述至少一个被测孔的检测路径来指定所述指定的被测孔；和所述处理单元响应于用户输入来指定所述指定的被测孔。在一种实施方式中，所述测量系统还包括：机台，其用于承载所述被测样品，并且在所述处理单元的控制下移动；以及光源组件，其包括氙灯，用于提供入射至所述被测样品的入射光。本专利技术另一方面提出了一种测量方法，包括：基于来自被测样品的第一反射光来获取被测样品表面的成像数据，所述成像数据包括被测区在所述被测样品的至少一个检测区域中的分布信息；基于来自所述被测样品的第二反射光来获取所述被测区的膜厚数据；以及基于所述分布信息来确定所述被测区的检测路径，并基于所述被测区的检测路径来获取每个被测区的膜厚的数据，进而实现对所述至少一个检测区域中的被测区的测量。在一种实施方式中，基于所述分布信息来确定所述被测区的检测路径的过程包括：基于所述被测样品表面的区域性特征来确定所述至少一个检测区域，进而确定所述至少一个检测区域的检测路径；以及基于所述被测区的特征来确定所述被测区在所述至少一个检测区域中的分布，进而确定所述被测区的检测路径。在一种实施方式中，当所述被测区为被测孔时，基于所述被测孔的特征来确定所述被测孔在所述至少一个检测区域中的分布的过程还包括：基于所述成像数据获得圆孔信息，其中，所述圆孔信息包括圆孔分布以及圆孔特征信息；以及基于所述被测孔的特征以及所获得的圆孔信息来确定所述被测孔在所述至少一个检测区域中的分布。本专利技术在一个光学系统中实现了在大光斑照明基础上实现小区域测量，使得该方法能在同一光路中实现大面积成像、小面积膜厚测量，从而实现了对芯片上的TSV孔的全自动分析。本专利技术是一种非接触式测量方法，不会对芯片造成破坏，也不会产生污染，并且测量速度快，能用于生产过程中工艺监测。附图说明参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。图1为依据本专利技术实施例的TSV孔测量系统的架构图；图2为图1中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量系统，其特征在于，包括：透镜组件，其被配置为接收来自被测样品的反射光，并将所述反射光至少分为第一反射光和第二反射光；成像单元，其被配置为接收所述第一反射光，以获取所述被测样品表面的成像数据，所述成像数据包括所述被测样品的至少一个检测区域中的至少一个被测区的分布信息；膜厚测量单元，其被配置为接收所述第二反射光，用于获取所述至少一个被测区中指定的物的膜厚的数据；以及处理单元，其与所述成像单元、所述膜厚测量单元通信连接，并且被配置为基于所述分布信息来确定所述至少一个被测区的检测路径，并基于所述至少一个被测区的检测路径来使得所述膜厚测量单元获得所述被测区的膜厚的数据，进而实现对所述至少一个检测区域中的指定的被测区的测量；其中，在光学路径上，所述成像单元的光谱接收面、所述膜厚测量单元的光谱接收面被设置为与所述被测样品光学共轭。

【技术特征摘要】
1.一种测量系统，其特征在于，包括：透镜组件，其被配置为接收来自被测样品的反射光，并将所述反射光至少分为第一反射光和第二反射光；成像单元，其被配置为接收所述第一反射光，以获取所述被测样品表面的成像数据，所述成像数据包括所述被测样品的至少一个检测区域中的至少一个被测区的分布信息；膜厚测量单元，其被配置为接收所述第二反射光，用于获取所述至少一个被测区中指定的物的膜厚的数据；以及处理单元，其与所述成像单元、所述膜厚测量单元通信连接，并且被配置为基于所述分布信息来确定所述至少一个被测区的检测路径，并基于所述至少一个被测区的检测路径来使得所述膜厚测量单元获得所述被测区的膜厚的数据，进而实现对所述至少一个检测区域中的指定的被测区的测量；其中，在光学路径上，所述成像单元的光谱接收面、所述膜厚测量单元的光谱接收面被设置为与所述被测样品光学共轭。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理单元基于所述分布信息来确定所述被测区的检测路径的过程包括：基于所述被测样品表面的区域性特征来确定所述至少一个检测区域，进而确定所述至少一个检测区域的检测路径；以及基于所述被测区的特征来确定所述被测区在所述至少一个检测区域中的分布，进而确定所述被测区的检测路径。3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述被测区包括凹陷或凸起。4.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，当所述被测区包括被测孔时，确定所述被测孔在所述至少一个检测区域中的分布的过程包括：所述处理单元基于所述成像数据获得圆孔信息，其中，所述圆孔信息包括圆孔分布以及圆孔特征信息；以及所述处理单元基于所述被测孔的特征以及所获得的圆孔信息来确定所述被测孔的在所述被测样品表面的分布。5.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述膜厚测量单元包括至少一个光阑，所述至少一个光阑沿光学路径设置在所述膜厚测量单元的光谱接收面和所述透镜组件之间，以使得所述膜厚测量单元的光谱接收面仅接收由所述被测区所产生的反射光。6.如权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述膜厚测量单元包括第一光阑和第二光阑，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鲁，
申请(专利权)人：苏州翌流明光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32