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专利名称：结合基板的红外线探测的制作方法
技术领域：
本发明涉及对基板的探测，尤其涉及使用红外辐射对半导体基板的探测。
背景技术：
为提高半导体器件的功率，有必要增加在这类器件中的结构密度。这在历史上曾通过缩小器件自身的尺寸而实现，从而可在给定空间内提供更大的功率。另一用于增加密度的方法包括将多个这类器件相互连接，如同在计算机中将多个处理器连接在一起来进行并行的处理操作那样。在其他情况下，这通过形成多个单独的被封装成单一器件的半导体器件而实现。这类结构的一个例子是由Intel或Advanced Micro Devices公司生产的多核处理器型号。一种用于进一步提高半导体器件密度的提议方法包括将这类器件相互堆叠。由于难以确保堆叠的正确性和精确性，所以堆叠式半导体器件对制造提出独特的 挑战。用于将堆叠式半导体器件相互电连接以及与内部置有堆叠式器件的封装电连接的诸如焊盘、焊剂或金隆起焊盘、vias的电连接器相当小，且任何偏离都会导致问题出现。此外，由于大部分半导体器件覆盖有不透明的或在不透明的基板上形成的结构，所以难以使用传统的光学探测和计量系统来确保半导体器件的对准。除确保堆叠式半导体器件的适当对准之外，难以确保适当施用和固化用于将堆叠器件相互结合的粘合剂。气孔、裂缝、碎片和其他问题会使堆叠式半导体器件变得不能使用或不可理喻地可能出现故障。但是，再次，由于粘合剂层位于基板之间，而基板自身可能至少部分不透明以及在其上有可能形成不透明的结构，所以难以对粘合剂层进行探测或计量。一个用于确保堆叠器件对准和适当粘合的可能解决方案是使用红外线照射和传感器来对堆叠器件进行探测和计量操作。然而，传统的红外传感器存在问题，这使得它们成为未达最佳的探测和/或计量的解决方案。在这些问题中存在的事实是，红外传感器和摄像头是采用相当昂贵的工艺制成的，由此在标准的C⑶和CMOS摄像头与红外摄像头之间存在大的成本差异。如可推测的那样，标准红外传感器也是对可见光波长选择性不敏感的，由此已降低对于标准2D和3D探测应用的效用。此外，红外摄像头目前尚无法达到与标准CXD和CMOS摄像头相同的分辨率水平。这使得要求使用更高分辨率的光学器件，由此又使光学系统的视场非常小。如本领域技术人员所容易理解的那样，较小的视场使探测系统的处理速度非常慢。因此，需要的是一种对红外辐射敏感的成像系统，该成像系统能够以满足现今具有成本意识的半导体制作商的需要的速率和分辨率来进行所需的对准和工艺偏移探测。


图I是用于探测基板的光学系统的一实施方式的示意图。图2是待堆置基板的分解不意图。图3是一种堆叠基板的示意图。
图4是光强-像素曲线图。图5是本发明一实施方式的步骤流程图。图6是本发明一实施方式的步骤流程图。
具体实施例方式在下文中结合作为本说明书一部分的附图对本发明做出了详细说明，这些附图举例说明了可实施本发明的具体实施方式
。在图中，相同的数字在几个视图中用于代表大致相同的对象。这些实施方式被充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实施本发明。可使用其他实施方式，且可在未超出本发明范围的情况下进行结构、逻辑以及电学方面的改动。因此，下文的详细描述不应被视为具有限制性，本发明的保护范围应由所附的权利要求及其等同进行限定。本发明包括利用标准CXD和/或CMOS摄像头的通常被忽视的近红外灵敏度来捕获堆叠或层压基板S的图像，这些图像可用于探测基板S。探测系统10的输出信息可用于 确定堆叠或层压基板S的层间的适当对准、以及用于探明和/或识别工艺变化和/或偏移，例如不适当的结合层、气孔、裂缝、碎片以及发生在使层堆叠以形成基板S的工艺中的其他问题。由这类探测得到的数据可直接或间接地用于控制或更改器件制造工具和工艺，从而使由此得到的后来的基板和器件不同于最初探测的基板和器件。图I显示可用于探测支承在台架(未显示)上的基板10的探测系统10的一种实施方式，台架用于沿三维(X，Y，Z)移动基板S且使基板S绕垂直轴Z旋转，以方便探测系统10对图像的捕获。探测系统10最少包括照明器12和摄像头14，照明器12适用于将电磁辐射调节到给定的波长、选定的波长或所需范围的波长处，摄像头14适用于使用由照明器12提供的辐射的至少一部分来捕获基板S的图像。在所显示的实施方式中，照明器12通过分光镜16被耦合到从摄像头14延伸到基板的光路15内。照明器12可通过柔性光纤型传输工具而对分光镜16照射，或可通过旋转镜18或类似结构经由空气而对分光镜16照射。来自照明器12的辐射向下沿法向照射到样品S上，尽管设想可使用斜入射角以及斜入射角所需的对探测系统10的任何修改均在本领域技术人员的知识范围内。辐射通过分光镜16和可选的分光镜16’而从基板S返回到摄像头14，并在此入射到传感器20上。其他诸如光纤混合或交换器件的光机器件也可用于通过光学方式将照明器12连接到系统10上。优选使用在摄像头14中容易获得的CXD或CMOS传感器。而CXD和CMOS传感器20通常被认为更适用于在可见光波长下(约在约380nm至约1，OOOnm的范围内)成像。已发现一些CXD和CMOS传感器20对在约1，OOOnm至约1，300nm范围内的光波长具有敏感性，虽然该敏感性在较长的波长时相对快地下降。使用这一敏感性能够对基板S使用在约I微米至约I. 3微米波长范围内(1，OOOnm-1, 300nm)的红外福射进行快速而又高分辨率的探测。图I中的方框19代表诸如透镜等通常的光学元件，用于聚焦、校准或其它用途，或形成辐射而入射到基板S上并返回到摄像头14。图2-3示意性地显示各种类型的堆叠基板S。虽然在该申请中描述的基板S与用于形成半导体器件的基板有关，本发明也可用于其他类型的堆叠或层压基板。堆叠式集成电路器件可由一或多个单独的集成电路器件形成，且如所推测那样，相互堆叠在一起。这通常是通过堆叠其上形成有集成电路器件的整个晶片而实现的，而不是通过堆叠单独的集成电路器件(“ic”)，虽然也有可能以这种方式在单独的器件基础上形成堆叠的基板S。图2显示一对基板SI和S2的相互堆叠情况，其中基板SI以背面与基板S2的上表面相接触的方式置于基板S2上。适当的胶水或粘合剂被用来固定晶片。如上所述，可堆叠二、三、四或更多的基板或集成电路。应注意的是，虽然在图2中显示一种背面对正面的堆叠方式，诸如图3所示的面对面布置或背对背布置(未显示)也是可能的，只要考虑到适当的电连接和封装即可。一般难以对图2和3中所示的基板SI与基板S2之间的结合进行探测，而这种探测是很有用处的。然而，由于摄像头传感器20对使硅或多或少透明的红外光波长是敏感的，因而基板SI与基板S2之间的结合可通过光学方式探测到。通过使用探测系统10，包括使摄像头14敏感的红外辐射在内的辐射被入射到基板S上。滤波器(未显示)被置于照明器12与分光镜16或基板S与摄像头14之间，以除去不使基板S至少部分透明的所有辐射。该滤波器优选为可选的，且可被布置或移走，用来滤除不使基板S至少部分透明的辐射或用来允许使用宽频带或用来选定其他波长的辐射。因此，在一些实施方式中，当要探测堆 叠或层压基板S时，可使用波长在约I. O微米至I. 3微米之间的辐射。入射到基板S上的辐射返回到摄像头14，并在此入射到传感器20上，以形成图像。该图像被传到控制器，该控制器具有必要的计算机硬件和软件，用于收集和处理这类图像，以提供有用的输出信息、和/或直接或间接地控制基板S以及在其上形成的集成电路的制造情况。图4示意性地显示由传感器20在逐像素基础上检测到的光强。应注意的是，图4只是示例性的说明，而并不代表真实的数据。在一实施方式中，传感器20能够提供在O至255之间的灰度输出。在其他实施方式中，传感器20能够以RGB或任何其他适当配色方案的方式提供彩色图像信息。为简明起见，将在一实施方式中描述本发明，其中代表基板S的图像的每个像素灰度强度值在O至255之间。图4的顶部的曲线80代表每个像素的总强度。该强度值包括若干分量，在这里将只详细描述其中的一部分。最下面的曲线代表由传感器20自身引入到像素值内的噪声。该噪声在本质上往往是随机的，但其大小往往在可预期的范围内。在最下面的曲线82与中间的曲线84之间的空间代表每个像素的总强度，它源于在基板S自身内的不良散射以及从基板的顶表面30 (最靠近摄像头14)和基板的底表面32的反射。应注意的是，在堆叠或层压基板S中，通常希望将探测聚焦在堆叠基板SI与S2之间的范围或区域上。该区域34可能具有例如电路或通孔或只是用于将基板结合在一起的粘合剂等结构。当使用在约I. O至I. 3微米之间的辐射波长时，光的相当大部分将会从基板SI的上和下表面30和32向后反射到传感器20上。此外，入射光的一部分将会在基板SI内散射，且一些散射光将使它返回到传感器20。在顶部的曲线80与中间的曲线84之间的区域代表在探测时从区域34中的结构、粘合剂等上反射或散射的那部分入射辐射。由于总信号中的这部分辐射的特性源于感兴趣的结构，因而这部分辐射可用于探测这些结构。在近E波长处使用标准CXD和CMOS摄像头的困难在于，总信号中感兴趣的部分要小于信号的背景部分，且通常与由传感器20自身引入的噪声量差不多。因此，有必要除去总信号的背景部分并提高剩余图像的信噪比。图5是本发明一实施方式的基本方式的流程图。在步骤40，照射基板S并捕获图像。在步骤42，从在步骤40时捕获的图像中减去基准图像或数值，以形成中间图像。这可通过数学或光学的方式进行，如下文所述。在步骤44，提高中间图像的信噪比，形成可用于探测基板S的区域或范围34的最终图像。应注意的是，在一实施方式中，一些或所有步骤40可通过在与探测系统10连接的控制器上运行的软件进行。所有步骤44通常将在控制器上进行，虽然在一些实施方式中摄像头14可具有一些提升信噪比所需的性能(硬件和/或软件)。在一实施方式中，确定基准图像/数值的方式如图6所示。在步骤50中，基板S所处的台架被驱动，从而使摄像头14的视场指向基板S的“空白”点。空白点的特点是在基板S的各个层SI与S2之间的区域34内相对缺乏结构。在这一实施例中，从区域34内的结构上反射或散射的光量最少或甚至大体上为零，由此可知背景和噪声信号的组合大小。在可选步骤52中，可捕获一或多个“空白”点的多个图像，且对这些图像中的每个图像的像素值进行统计。由于出现在这些图像的每个图像中的噪声往往在给定值处起伏变化，与噪声有关的统计像素值部分缓慢增加，而与背景相关的像素值一贯以统计叠加的方式线性增力口，由此提高了信噪比。应注意的是，必须使用为探测目的而获得的基板S的图像对统计值 归一化，以避免图像和基准值误配。在一实施方式中，“空白”点实际上可以是在被探测的基板S上的一些适当的位置，且从空白点获得的每个图像如上所述被统计，以产生基准图像/数值。这些空白点可由用户通过探测系统10的用户界面来手动选择，或可通过探测系统10而根据用户输入的标准来自动选择。由于基板S可在大小、形状即类型、材料等方面相异，所以构成适合于基准图像/数值形成的空白点所依据的标准也会变化。在非常基本的水平，由于探测系统的输出信息可基于优选项和环境而改变，所以构成适用于产生基准图像/数值的空白点的是由系统用户确定的，以产生适当的结果。比较客观的方式可包括选择若干被成像的且用于产生探测结果的候选区或空白点。可选择适当的指标图，以对作为基准图像的空白点的选项或一组选项的使用进行优化或计分，或产生基准值或模型。在另一实施方式中，不使用受测试的基板S，而是可使用单独的非堆叠或非层压基板S来捕获用于产生基准图像/数值的图像。例如，不使用堆叠基板S，而是可使用单一厚度的硅晶片，只要该晶片的上表面、下表面、厚度和光学特性与堆叠或层压基板S的上层SI的类似即可。在使用与图6有关的流程时，可使用图像减法流程，其中直接从探测图像的对应像素值中减去基准图像的像素值。这可在控制器中以数学方式进行，或在摄像头14中以逻辑方式(或数学方式)进行。得到的中间图像相对于在区域34中受探测的结构而言应具有大大提闻的/[目噪比。作为中间步骤，通常希望向探测系统10的用户提供输出信息。然而，通常的情形是，中间图像将必须被伽玛校正，以供用户查看。该工艺非常容易理解，不过应理解的是，用户可选择使中间图像只为输出或查看目的而被伽玛校正，或中间图像可在其伽玛校正状态中被进一步处理。该步骤是可选的。在任一情况下，都希望提高中间图像的信噪比，以得到质量更好的最终图像。应注意的是，一同捕获的中间图像将大体上包括所有要探测的基板S。因此，处理每个中间图像，以提高信噪比。在一个与上文所述步骤52类似的实施方式中，对多个中间图像进行捕获和统计，以增加由实际结构得到的图像部分，该图像部分与由于噪声而得到的图像部分形成对照。在一实施例中，区域扫描摄像头14与频闪照明器12 —同使用，以快速捕获多个探测图像，每个探测图像在上述步骤42中通过使用基准图像/数值而被修改。随后，对多个对应图像进行统计，或将它们结合起来，以提高所得到的最终图像的信噪比。应注意的是，最终图像的像素值通过中间图像和基准图像/数值而被归一化，以确保适当的图像处理。在另一实施方式中，连续扫描探测系统10具有连续照射照明器12，该照明器12与使用机械或电子快门的摄像头14 一同使用，以捕获不断移动的基板S的运动。如上所述，由探测系统10的多个途径可获得必要数量的探测图像，这些图像随后通过使用基准图像/数值而被处理。在又一实施方式中，提供探测系统10的单一途径(使用闪光灯或连续照明)，同时摄像头14对基板14过采样且使用多个过采样的图像来获得必要的探测图像。在本发明的另一实施方式中，以与TDI线扫描摄像头类似的方式使用区域扫描摄像头14，以对基板S过采样。在另一实施方式中，在多个途径中(在此使用单一摄像头14)或单一途径中(在此使用多个摄像头SH)使用一或多个TDI或线扫描摄像头SH来捕获基板S的探测图像。应注意的是，在上述任何实施方式中，当收集信息时，可在连续的基础上将探测图像处理成中间图像以及将中间图像处理成最终图像，或只有在已完成实际探测(成像)后 才可由控制器进行。可由位于探测系统10本地的控制器进行进一步的处理，或由部分或全部分布在探测系统10外部的控制器进行。在本发明的另一实施方式中，频域滤波用于代替减去基准图像/数值而产生中间图像。通过对空白空间的基准图像进行傅里叶变换，可通过数学方式进行频域滤波，以获得背景信号的数学值。频域滤波也可通过光学方式进行，其中通过傅里叶变换分析而确定的适当形状和大小的光瞳或掩模被置于探测系统的后焦面17内。在后焦面17处的掩模或光瞳只是阻挡那些对背景信号做出贡献的光线到达摄像头的传感器20。应注意的是，由于传感器20的性能随时间而变化或由于基板S的性质变化，可能有必要改变在后焦面处的光瞳或掩模。这可通过在可被轻易除去和代替的透明滑板上形成掩模而实现。或者有可能将电泳显示器置于后焦面处。电泳显示器是一种透明板，它包括可被制得不透明的电控像素。这种现象通常被称为电子墨水。无论如何，电泳显示器可被动态改变，以适应所需的掩模变化。除提高信噪比外，可根据要求而采用模糊化工艺步骤，从探测图像、基准图像/数值、及/或中间或最终图像中进一步消除随机、单一的像素噪声。结论虽然已在此举例说明了本发明的具体实施方式
，本领域技术人员将可理解的是，任何旨在实现相同目的的布置均可用于代替所示的具体实施方式
。对本发明的许多修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本申请旨在包括对本发明的任何调整或改动。显然，本发明只受所附权利要求及其等同的限制。
权利要求
1.一种从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，包括 使用辐射来照射具有顶表面和底表面的基板，且该基板对所述辐射至少是部分透明的； 使用传感器来检测使所述基板至少部分透明的照明辐射，以形成图像，所述图像的至少一部分包括从所述基板的所述上表面和底表面的至少之一返回的辐射，所述图像的至少另一部分包括从位于所述基板的相对于所述传感器的底表面处或底表面以上的结构上返回的辐射；从所述图像中减去用于代表从所述基板的上和下表面的至少之一返回的辐射的图像基准，以形成中间图像；以及 对多个中间图像进行统计，以产生适用于探测的所述硅基板的最终图像。
2.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述传感器是CCD和CMOS摄像头之一。
3.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，使所述基板至少部分透明的所述辐射的波长约为I微米至I. 3微米。
4.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，还包括选择性地使用所述传感器而使得通过可见光波来对硅基板进行探测。
5.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，用来产生辐射的照明器具有滤波器，用于滤掉波长小于约I微米的辐射。
6.根据权利要求5所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，在所述照明器内的所述滤波器可选择性地用于通过宽频带或进行滤波。根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述图像基准是通过捕获所述硅基板的基准位置的至少一个图像而形成的。
7.根据权利要求6所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述图像基准是通过捕获所述硅基板的基准位置的至少一个图像而形成的，且所述硅基板没有结构位于所述基板的相对于所述传感器的所述底表面处或上部。
8.根据权利要求6所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述图像基准是通过捕获由与所述硅基板光学性相似的物质形成的基准基板的至少一个图像而形成的，所述基准基板具有上和下表面，且没有结构位于所述基板的相对于所述传感器的所述底表面处或上部。
9.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，中间图像被伽玛校正。
10.根据权利要求9所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，每个中间图像在进行统计之前被伽玛校正。
11.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述最终图像被伽玛校正。
12.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述最终图像被模糊化，以除去个别像素噪声。
13.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述图像基准是由所述传感器检测的所述图像的傅里叶变换而得到的频域滤波器。
14.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述频域滤波器包括置于所述光学系统的后焦面处的物理掩模。
15.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述频域滤波器以数学方式在逐像素的基础上用于由所述传感器检测的所述图像。
16.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述探测数据用于识别所述硅基板中的缺陷。
17.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，在所述硅基板中的所述缺陷包括碎片、裂缝、气孔、颗粒和尺寸偏离。
18.根据权利要求I所述的从硅基板捕获探测数据的方法，其特征在于，所述探测数据用于识别工艺偏移、量化工艺偏移以及修改工艺变量，以修改随后处理的硅基板。
19.一种由根据权利要求18而形成的硅基板制得的半导体器件。
20.一种用于捕获探测数据的成像系统，其特征在于，包括 摄像头，具有对在可见光波长范围内和在约I微米至I. 3微米的红外线波长范围内的辐射敏感的传感器；以及 照明器，用于将所述摄像头传感器敏感的辐射对准到具有上表面、下表面的基板上，其中至少一个区域具有在所述基板的相对于所述摄像头位置的所述下表面处或下方形成的兴趣结构，来自所述照明器的所述辐射的至少一部分从所述基板的所述上表面返回到所述摄像头，且来自所述照明器的所述辐射的至少另一部分从所述基板的所述下表面返回。
全文摘要
本申请提供一种用于获得探测信息的方法和装置。使用标准的CCD或CMOS摄像头来获得近红外区中的图像。除去所获图像的背景和噪声成分，并提高信噪比，以提供适用于探测的信息。
文档编号G01N21/88GK102782482SQ201080052920
公开日2012年11月14日 申请日期2010年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者周伟 申请人:鲁道夫科技公司