超声显微镜以及用于承载声学脉冲换能器的承载件制造技术

本发明专利技术涉及用于检查对象的超声显微镜，包括用于将对象保持在对象区域中的对象保持器；扫描头；第一换能器，该第一换能器由扫描头支撑，并配置为沿发射方向发射第一声学脉冲，将第一声学脉冲聚焦在焦点上，检测从对象发出的第二声学脉冲，并输出第一检测信号，该第一检测信号表示由第一换能器检测到的第二声学脉冲；第一致动器，其配置成使第一换能器沿着与发射方向基本垂直的竖向方向相对于扫描头移动；以及控制器，其配置成基于第一检测信号来控制第一致动器。此外，本发明专利技术涉及承载件，该承载件用于承载浸没液体内的超声显微镜的声学脉冲换能器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声显微镜以及用于承载声学脉冲换能器的承载件
本专利技术涉及用于检查对象的、尤其是用于对半导体结构进行检查的超声显微镜。此外，本专利技术涉及用于承载超声显微镜的声学脉冲换能器的承载件。
技术介绍
超声显微镜用于对诸如材料和装置等对象进行非破坏性检查。由于具有非破坏性检查的能力，这种超声显微镜在品质监控、可靠性研究、优化和失效分析的领域有着非常有利的应用。例如，在半导体制造中，超声显微镜用于检查已完成和部分经加工的半导体装置。通过使用这种超声显微镜可以检测对象的分层、空隙、裂缝或夹杂物，并确定它们的机械性能。使用超声显微镜检查对象，可以通过将声学脉冲，尤其是超声脉冲引导至对象并分析由对象反射和/或透射通过对象的声学脉冲来执行。该分析的基础是声学脉冲在对象的每个声学界面处部分反射和部分透射的物理现象。因此，包含多个不同材料层的对象从被引导至该对象上的单个声学脉冲产生多个反射脉冲。多个反射声学脉冲由声学换能器检测，该声学换能器输出表示反射的声学脉冲的强度的时域信号。基于多个反射脉冲中的每个反射脉冲相对于被引导至对象上的脉冲的时间延迟，可以确定对象内的材料层的深度。此外，基于反射的声学脉冲的强度，可以推断出材料的种类，从而可以确定对象中的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够尽可能快地以高准确性检查对象的超声显微镜。待检查对象可以是材料或装置，尤其是使用半导体材料制成的晶圆、封装件、部件或装置。对象的表面几何形状可以相对于对象的尺寸是不均匀的。根据本专利技术的一方面，用于检查对象的超声显微镜，包括：对象保持器，该对象保持器配置为将对象保持在对象区域中；扫描头，该扫描头能够相对于对象区域移动；由扫描头支撑的第一换能器，其中，该第一换能器配置为沿着发射方向发射第一声学脉冲并将第一声学脉冲聚焦在焦点中，并且其中，第一换能器还配置为检测从对象发出的第二声学脉冲并输出第一检测信号，该第一检测信号表示由第一换能器检测到的第二声学脉冲。根据这个方面，扫描头支撑第一换能器。通过相对于对象区域移动扫描头，第一换能器也相对于对象区域移动。第一换能器配置成沿着发射方向发射第一声学脉冲，特别是超声脉冲，由此第一声学脉冲被引导至对象区域中的对象上。第一声学脉冲聚焦在焦点中，并且对象可以相对于焦点放置，使得对象的关注位置与焦点重合。第一换能器还配置成在第一声学脉冲被引导至对象上时检测从对象发出的第二声学脉冲。第一换能器还配置成从检测到的声学脉冲生成由第一换能器输出的第一检测信号。例如，第一检测信号可以是时域信号，该时域信号表示第二声学脉冲的时间相关的强度。根据一个实施例，超声显微镜还包括第一致动器，该第一致动器配置成使第一换能器沿着与发射方向基本平行的竖向方向相对于扫描头移动；和控制器，该控制器配置成基于第一检测信号对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制。第一致动器配置成使第一换能器沿着竖向方向相对于扫描头移动。因此，焦点也沿竖向方向相对于扫描头移动。因此，可以由第一致动器使焦点沿竖向方向平移，因为第一致动器使第一换能器相对于扫描头沿竖向方向移动。控制器配置成基于第一检测信号，即基于在第一声学脉冲被引导至对象时从对象发出的第二声学脉冲，对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制。因此，可以基于第一检测信号相对于对象和相对于扫描头来定位焦点。根据一个实施例，控制器还配置成通过第一换能器控制第一声学脉冲的发射，基于第一检测信号来确定表示第一换能器与对象之间距离的距离值，以及基于所确定的距离值对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制。例如，可基于从第一换能器至对象的第一声学脉冲中的一个声学脉冲的飞行时间并基于由从对象到第一换能器的一个第一声学脉冲所产生的第二声学脉冲的飞行时间，由控制器计算第一换能器和对象之间的距离。该计算可以利用诸如空气或浸没液体等中的声速之类的参数。根据该实施例，控制器配置成致使第一换能器发射第一声学脉冲。因此，控制器控制第一换能器发射第一声学脉冲的定时(timing)。此外，控制器配置成在将第一声学脉冲引导至对象上之后从第一换能器获得第一检测信号。因此，控制器可以配置成确定从对象发出的第二声学脉冲到达第一换能器的定时。基于第一声学脉冲的发射和第二声学脉冲的接收的定时，控制器可以配置成计算第一换能器与对象之间的距离，特别是确定第一换能器与半导体结构中的多个材料层之间的距离。基于所确定的(一个或更多个)距离值，控制器可以对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制，从而使焦点相对于对象定位于期望的位置。例如，控制器可以配置成基于所确定的(一个或更多个)距离值对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制，使得第一换能器与对象之间的距离接近预定义的工作距离。例如，控制器可以配置成对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制，使得在扫描头使第一换能器相对于对象区域移动时，保持第一换能器与对象之间的预定义的工作距离。作为一个特定示例，控制器可以配置成对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制，使得在扫描头使第一换能器相对于对象区域移动时，保持第一换能器与对象的表面之间的预定义的工作距离。根据另一实施例，控制器可以配置成基于所确定的距离值来确定表示焦点与对象的关注位置之间的距离的散焦值，以及基于散焦值对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制。例如，用户可以将对象的多个关注位置定义为位于对象表面下方的预定义距离处。如上所述，第一换能器与对象表面之间的距离可以由控制器确定。因此，控制器可以配置成基于用户定义的预定义距离和距离值来确定对象的关注位置与第一换能器的距离。此外，焦距也可用于控制器，即，由第一换能器产生的焦点与第一换能器本身之间的距离。基于这些数据，控制器可以配置成确定表示焦点与对象的关注位置之间的距离的散焦值。因此，控制器可以基于散焦值对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制，使得焦点与关注位置接近/重合。根据另一实施例，超声显微镜还包括扫描头定位装置，该扫描头定位装置配置成使扫描头在与竖向方向基本正交的横向平面中相对于对象保持器移动。根据该实施例，可以通过扫描头定位装置使扫描头在横向平面中相对于对象区域移动。这允许控制器通过相对于对象区域移动扫描头来扫描对象，同时使用第一换能器来分析对象。根据另一实施例，控制器包括模拟电路，该模拟电路配置成基于第一检测信号来执行基于第一检测信号对由第一致动器提供的第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行控制。从而，可以以具有由信号处理引起的最小延迟的高速来执行第一换能器相对于扫描头的竖向移动。因此，由于对第一换能器相对于扫描头的竖向移动进行高速控制，因此可以以高速来扫描对象(即，扫描头相对于对象被移动到多个位置，同时第一换能器输出第一检测信号)，同时第一声学脉冲保持适当的聚焦。根据另一实施例，控制器包括用于执行本文公开的各种操作的数字电路。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检查对象的超声显微镜，/n其中，所述超声显微镜包括：/n对象保持器，所述对象保持器配置成将所述对象保持在对象区域中；/n扫描头，所述扫描头能够相对于所述对象区域移动；/n第一换能器，所述第一换能器由所述扫描头支撑，/n其中，所述第一换能器配置成沿着发射方向发射第一声学脉冲并将所述第一声学脉冲聚焦在焦点中，以及/n其中，所述第一换能器还配置成检测从所述对象发出的第二声学脉冲并输出第一检测信号，所述第一检测信号表示由所述第一换能器检测到的所述第二声学脉冲；/n第一致动器，所述第一致动器配置成使所述第一换能器沿着与所述发射方向基本平行的竖向方向相对于所述扫描头移动；以及/n控制器，所述控制器配置成基于所述第一检测信号对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180525 US US15/989,4281.一种用于检查对象的超声显微镜，
其中，所述超声显微镜包括：
对象保持器，所述对象保持器配置成将所述对象保持在对象区域中；
扫描头，所述扫描头能够相对于所述对象区域移动；
第一换能器，所述第一换能器由所述扫描头支撑，
其中，所述第一换能器配置成沿着发射方向发射第一声学脉冲并将所述第一声学脉冲聚焦在焦点中，以及
其中，所述第一换能器还配置成检测从所述对象发出的第二声学脉冲并输出第一检测信号，所述第一检测信号表示由所述第一换能器检测到的所述第二声学脉冲；
第一致动器，所述第一致动器配置成使所述第一换能器沿着与所述发射方向基本平行的竖向方向相对于所述扫描头移动；以及
控制器，所述控制器配置成基于所述第一检测信号对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。


2.根据权利要求1所述的超声显微镜，
其中，所述控制器还配置成：
–通过所述第一换能器控制第一声学脉冲的发射，
–基于所述第一检测信号来确定表示所述第一换能器与所述对象之间距离的距离值，以及
–基于所确定的所述距离值对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。


3.根据权利要求2所述的超声显微镜，
其中，所述控制器还配置成：
–对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制，使得所述第一换能器与所述对象之间的距离接近预定义的工作距离。


4.根据权利要求2所述的超声显微镜，
其中，所述控制器还配置成：
–基于所确定的所述距离值来确定表示所述焦点与所述对象的关注位置之间的距离的散焦值，以及
–基于所述散焦值对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的超声显微镜，所述超声显微镜还包括：
扫描头定位装置，所述扫描头定位装置配置成使所述扫描头在与所述竖向方向基本垂直的横向平面中相对于所述对象保持器移动。


6.根据权利要求5所述的超声显微镜，
其中，所述控制器还配置成：
–控制所述扫描头定位装置，使得所述扫描头定位于多个位置处，
–每当所述扫描头定位于所述多个位置中的一个位置处时，执行：使所述第一换能器发射所述第一声学脉冲中的至少一个第一声学脉冲；检测所述第二声学脉冲中的至少一个第二声学脉冲并输出所述第一检测信号，
–对与多个位置相关联的所述第一检测信号或从所述第一检测信号得出的值进行储存，以及
–基于所存储的一组所述第一检测信号或得出的一组所述值对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。


7.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的超声显微镜，所述超声显微镜还包括：
第二换能器，所述第二换能器由所述扫描头支撑，使得所述对象区域位于所述第一换能器和所述第二换能器之间；以及
其中，所述第二换能器配置成检测从所述对象发出的所述第二声学脉冲并输出第二检测信号，所述第二检测信号表示由所述第二换能器检测到的所述第二声学脉冲。


8.根据权利要求7所述的超声显微镜，所述超声显微镜还包括：
第二致动器，所述第二致动器配置成使所述第一换能器沿着与所述竖向方向基本上垂直的横向方向相对于所述扫描头移动；以及
其中，所述控制器还配置成基于所述第二检测信号对由所述第二致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的横向移动进行控制。


9.根据权利要求8所述的超声显微镜，其中，所述控制器配置成对由所述第二致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的所述横向移动进行控制，使得所述第一换能器在所述横向方向上与所述第二换能器对准。


10.根据权利要求9所述的超声显微镜，其中，所述控制器配置成对由所述第二致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的所述横向移动进行控制，从而使所述第二检测信号的强度最大化。


11.根据权利要求9或10所述的超声显微镜，其中，所述控制器配置成计算所述第二检测信号的频域表示，并基于所述第二检测信号的所述频域表示对由所述第二致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的所述横向移动进行控制。


12.根据权利要求7至11中的任一项所述的超声显微镜，所述超声显微镜还包括：
第三致动器，所述第三致动器配置成使所述第二换能器沿着所述竖向方向相对于所述扫描头移动。


13.根据权利要求12所述的超声显微镜，其中，所述控制器还配置成基于所述第一检测信号对由所述第三致动器提供的所述第二换能器相对于所述扫描头的竖向移...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·霍夫罗格，马丁·贝克尔，马里奥·洛瓦克，马蒂亚斯·科赫，马丁·欣德勒，马库斯·赫尔曼，塔季扬娜·朱里奇里斯纳，齐齐·拉莫斯，
申请(专利权)人：PVA泰帕尔分析系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE