專(zhuān)利名稱(chēng):用于測(cè)量設(shè)備中的構(gòu)形結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及顯微術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及利用共焦顯微術(shù)進(jìn)行設(shè)備中的構(gòu)形(topographic)結(jié)構(gòu)的測(cè)量。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中需要測(cè)量設(shè)備表面的測(cè)量設(shè)備，以便以二維或三維來(lái)控制生產(chǎn)步驟。還特別希望能夠測(cè)量和檢查所施加的清漆層(例如，光清漆層或絕緣層)的構(gòu)形。
特別適合于該目的的是電子顯微鏡或白光干涉儀。盡管電子顯微鏡傳輸很好的圖像，但它們有晶片或設(shè)備必定被損壞的缺點(diǎn)。
白光干涉儀也允許高精度的測(cè)量。然而，這些單元具有不希望的數(shù)值孔徑，從而沒(méi)有光線(xiàn)以陡峭的角度從表面落回光學(xué)器件，因此無(wú)法檢測(cè)這些表面。此外，無(wú)法測(cè)量清漆層的厚度。
為了能夠測(cè)量在采樣上的光刻膠圖案，從JP 10019532 A2已知可使用UV光線(xiàn)通過(guò)分色鏡和物鏡照射所述采樣，并且使用影像記錄設(shè)備來(lái)記錄激發(fā)的熒光光線(xiàn)，其由所述采樣上的光刻膠發(fā)出并且在通過(guò)物鏡的通道之后通過(guò)分色鏡被反射。這樣，獲得了光刻膠圖案的熒光圖像。然而，使用該裝備，僅檢測(cè)光刻膠的橫向分布。
此外，從JP 60257136 A2已知相似的裝備。除了熒光信號(hào)之外，檢測(cè)來(lái)自位于發(fā)熒光薄膜之下的表面的信號(hào)?？梢詮臒晒夤饩€(xiàn)和反射光線(xiàn)的強(qiáng)度比的確定中，確定反射膜的層厚度。然而，這種裝置僅適合于測(cè)量相對(duì)平坦的構(gòu)形，因?yàn)閭鹘y(tǒng)顯微鏡的景深是有限的。
從US 6,133,576 A中已知一種寬帶的反折射(catadioptric)UV顯微鏡。而且，描述了一種用于檢查晶片表面的方法，其中在三維空間中檢測(cè)被測(cè)試表面，同時(shí)使用各種波長(zhǎng)的光線(xiàn)進(jìn)行掃描。設(shè)計(jì)顯微鏡以便各種波長(zhǎng)的光線(xiàn)的焦平面位于不同的深度，以便在所有情況下借助于不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)來(lái)記錄不同深度的層。這樣，可以合成與不同波長(zhǎng)相關(guān)的各個(gè)圖像，以形成采樣的三維圖像。
然而，該方法的缺點(diǎn)在于它僅貧乏地適合于進(jìn)行熒光記錄。熒光信號(hào)已知為具有與激發(fā)光線(xiàn)相比更大的波長(zhǎng)。在寬帶照明(如依照在US 6,133,576 A中描述的方法來(lái)使用)的情況下，熒光信號(hào)的波長(zhǎng)區(qū)域逐漸與激發(fā)光線(xiàn)的波長(zhǎng)區(qū)域重疊，或者對(duì)激發(fā)光線(xiàn)的各種波長(zhǎng)產(chǎn)生相同波長(zhǎng)的熒光光線(xiàn)。在這兩種情況下，所檢測(cè)的光線(xiàn)無(wú)法再被分配給熒光或反射，也無(wú)法再被分配給在各個(gè)層中的激發(fā)光線(xiàn)的散射。從而，深度信息被丟失，因此發(fā)熒光結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)是有缺陷的。
因此，本發(fā)明所根據(jù)的目標(biāo)是使能夠在晶片或設(shè)備上進(jìn)行發(fā)熒光結(jié)構(gòu)的精確的三維測(cè)量。
該目標(biāo)已經(jīng)由一種如權(quán)利要求
1中所主張的方法，以非常驚人地簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在相關(guān)的權(quán)利要求
書(shū)中指定了本發(fā)明的有利的改進(jìn)和發(fā)展。
因此，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量在晶片或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)的方法，其中借助于一種共焦顯微鏡以激發(fā)光線(xiàn)掃描至少一個(gè)發(fā)熒光構(gòu)形結(jié)構(gòu)，并且檢測(cè)從物鏡的焦平面上的焦點(diǎn)發(fā)出并且由激發(fā)光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)，并且從焦點(diǎn)的位置和所檢測(cè)的熒光信號(hào)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。依照本發(fā)明的方法大體上適合于檢查有構(gòu)形的晶片和設(shè)備，也就是說(shuō)，例如用于檢查有微機(jī)械、電子、光電子和/或光學(xué)設(shè)備的晶片或設(shè)備。
因此，本發(fā)明利用共焦顯微術(shù)的可能性以便測(cè)量構(gòu)形。與在US6,133,576 A中描述的方法相反，在共焦顯微術(shù)的情況下，被用來(lái)測(cè)量晶片或設(shè)備的構(gòu)形的并非寬帶光線(xiàn)而是單色或至少基本上單色的光線(xiàn)。結(jié)合共焦顯微術(shù)，這使能夠向激發(fā)光線(xiàn)和發(fā)射位置，特別是激發(fā)光線(xiàn)的焦點(diǎn)，進(jìn)行檢測(cè)的熒光光線(xiàn)的唯一分配，并且從而進(jìn)行在被檢查晶片或設(shè)備中或上的發(fā)熒光構(gòu)形結(jié)構(gòu)的高精密測(cè)量。這樣，除了結(jié)構(gòu)的表面之外，依照本發(fā)明的方法還可以測(cè)量這些結(jié)構(gòu)的體積。與電子顯微鏡分析相反，共焦顯微術(shù)特別地還能夠進(jìn)行所述采樣的非破壞性測(cè)量。此外，比起白光干涉測(cè)量裝置，共焦顯微鏡具有更有利的數(shù)值孔徑。
所述方法適合于檢查許多類(lèi)型的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)，例如清漆層、在光刻膠的光致成形之后剩余的清漆、被插入發(fā)熒光材料中或用發(fā)熒光材料填充的蝕刻孔或切割的間隔。進(jìn)一步有利的應(yīng)用是在晶片上的微機(jī)械設(shè)備的測(cè)量，例如微電機(jī)(MEMS)或微光電機(jī)(MOEMS)結(jié)構(gòu)。
然而，檢測(cè)反射和/或散射的激發(fā)光線(xiàn)也是有利的。特別地，從而還可能獲得非發(fā)熒光或者僅微弱地發(fā)熒光的晶片或設(shè)備的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。檢測(cè)從發(fā)熒光或透明結(jié)構(gòu)散射的激發(fā)光線(xiàn)還允許，例如與其內(nèi)部特性(例如與可被表示的渾濁度)的情況相關(guān)的結(jié)論。
根據(jù)所需信息的應(yīng)用，足以在穿過(guò)被檢查結(jié)構(gòu)的剖面上，沿著一條線(xiàn)或曲線(xiàn)測(cè)量，或者記錄測(cè)量點(diǎn)。然而，依照本發(fā)明的有利的實(shí)施例，特別地還可能從三維分布的測(cè)量點(diǎn)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。這些測(cè)量點(diǎn)可被分布以便以其整體和三維結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)被測(cè)量結(jié)構(gòu)、子區(qū)域或晶片或設(shè)備的完整表面。
特別地，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供了從熒光光線(xiàn)的強(qiáng)度值和焦點(diǎn)的分配位置值計(jì)算構(gòu)形結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)。然后，這被顯示例如在顯示屏上以用于檢查和分析。
而且，本實(shí)施例的一個(gè)有利的發(fā)展提供了為計(jì)算三維結(jié)構(gòu)，額外使用由具有反射的激發(fā)光線(xiàn)的強(qiáng)度值和焦點(diǎn)的分配位置值的測(cè)量數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，有可能容易地借助于這種反射通道和熒光通道的組合來(lái)從襯底材料(例如，硅或銅)上辨別在被檢查晶片或設(shè)備上的發(fā)熒光清漆。
依照本發(fā)明獲得的測(cè)量值還可被用來(lái)，例如，確定被檢查構(gòu)形結(jié)構(gòu)的層厚度。當(dāng)計(jì)算三維重現(xiàn)或穿過(guò)所述結(jié)構(gòu)的二維剖面時(shí)，除了平均層厚度之外，還有可能形成與層厚度平均值的偏差。例如，層厚度的變化和最小和最大值可以提供關(guān)于構(gòu)形結(jié)構(gòu)或晶片或設(shè)備的質(zhì)量和可能的瑕疵的信息。
特別有利的是沿著顯微鏡的焦平面，以在層范圍的方式掃描被測(cè)量構(gòu)形結(jié)構(gòu)。為此，可以根據(jù)想要的信息，來(lái)測(cè)量來(lái)自單個(gè)層的測(cè)量點(diǎn)或者特別地來(lái)自層層相疊的若干層的測(cè)量點(diǎn)。在此情況下的選擇是為了掃描所述層，相對(duì)于構(gòu)形結(jié)構(gòu)，沿著共焦顯微鏡的物鏡的光軸移動(dòng)焦平面?？梢砸院?jiǎn)單的方式通過(guò)移動(dòng)晶片或設(shè)備，來(lái)進(jìn)行焦平面的移動(dòng)。而且，對(duì)于所述結(jié)構(gòu)的層范圍掃描，提供顯微鏡的掃描單元是便利的。這種掃描單元可以，例如，包含沿著層移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)光束或其焦點(diǎn)的掃描鏡、Nipkow盤(pán)和/或聲光偏轉(zhuǎn)器。
各種共焦顯微鏡適合于依照本發(fā)明的所述方法。特別地，激光掃描顯微鏡(LSM)被證明為對(duì)于本發(fā)明的目的是有利的，因?yàn)槭褂眉す庾鳛榧ぐl(fā)光線(xiàn)使能夠以高空間分辨率進(jìn)行快速掃描。
借助于紫外光，許多物質(zhì)可被特別有效地激發(fā)來(lái)發(fā)熒光。因此，使用紫外光作為激發(fā)光線(xiàn)是有利的。特別地，在此情況下，波長(zhǎng)為480nm、458nm或514nm的光線(xiàn)是合適的，可以借助于激光光源產(chǎn)生這種光線(xiàn)。
一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)材料，特別是聚合物，特別適合于熒光激發(fā)。因此，可以借助于有機(jī)襯底，尤其有利地測(cè)量所述結(jié)構(gòu)。因此，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了測(cè)量三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)，其具有包含光刻膠、BCB(benzocyclobuten)例如cycloten以及SUB或其它可光致成形的環(huán)氧樹(shù)脂的物質(zhì)中至少一個(gè)。在電子學(xué)和光電子學(xué)的領(lǐng)域中，這些表面是通常的，并且以許多方法構(gòu)成所使用的有機(jī)材料。
舉例來(lái)說(shuō)，依照本發(fā)明的方法可被有利地用于測(cè)量和檢查在晶片或設(shè)備中的蝕刻的孔或切割的間隔。在此情況下，例如，襯底材料本身可以發(fā)熒光和/或所述孔或切割的間隔可被發(fā)熒光材料填充。
在檢查晶片或設(shè)備上的構(gòu)形結(jié)構(gòu)中的特殊問(wèn)題是，無(wú)法從一個(gè)觀(guān)測(cè)方向以整體檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)測(cè)量，因?yàn)樗鼈冇斜桓采w的區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)不借助于先前的慣用方法被損壞或被接觸，就無(wú)法被測(cè)量。因此，依照本發(fā)明進(jìn)一步的特征，一種方法還配備有可測(cè)量這種結(jié)構(gòu)的幫助。
因此，依照本發(fā)明，還提供了一種方法來(lái)測(cè)量在晶片或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)，其中借助于一個(gè)共焦顯微鏡，以光線(xiàn)掃描至少一個(gè)構(gòu)形結(jié)構(gòu)，并且檢測(cè)從物鏡焦平面中的焦點(diǎn)返回的光線(xiàn)，并且從焦點(diǎn)的位置、檢測(cè)的返回光線(xiàn)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的區(qū)域獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，所述被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的區(qū)域其表面沿著平行于光軸的方向，或者當(dāng)光線(xiàn)平行于顯微鏡光軸入射時(shí)甚至被遮擋。
該方法還可以與依照本發(fā)明借助于共焦熒光光線(xiàn)顯微術(shù)來(lái)測(cè)量構(gòu)形結(jié)構(gòu)的方法的上述實(shí)施例相結(jié)合。
令人驚訝地發(fā)生了共焦顯微鏡的大數(shù)值孔徑允許這種有非常陡峭表面甚至遮擋區(qū)的結(jié)構(gòu)被成像以及測(cè)量。在此情況下，以大角度入射的照明光線(xiàn)的光束還可以照亮這種由于遮擋作用不再由沿著或并行于物鏡的光軸入射的光線(xiàn)到達(dá)的區(qū)域。例如，因而有可能測(cè)量在以平行于物鏡光軸的方式入射的光線(xiàn)被晶片或設(shè)備的結(jié)構(gòu)的另一區(qū)域遮蔽或覆蓋的情況下的結(jié)構(gòu)區(qū)域。
借助于依照本發(fā)明的方法，為測(cè)量目的而獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)可以從所述在結(jié)構(gòu)表面上回射的光線(xiàn)，和/或從擴(kuò)散地反向散射的光線(xiàn)和/或從在焦點(diǎn)產(chǎn)生的熒光光線(xiàn)中產(chǎn)生。
特別有可能的是，在激發(fā)光線(xiàn)以切線(xiàn)入射或以平角到達(dá)的情況下，使用本發(fā)明來(lái)檢測(cè)這些相對(duì)于晶片表面的大角度傾斜的極陡峭表面，當(dāng)這些表面具有足夠的粗糙度時(shí)。然后，檢測(cè)信號(hào)基本上屬于擴(kuò)散地反向散射的光線(xiàn)。
可依照本發(fā)明測(cè)量的遮擋區(qū)可以例如包括背面蝕刻(例如重復(fù)地出現(xiàn)蝕刻結(jié)構(gòu))的情況。
在下文中，借助于典型實(shí)施例并參照附圖，更詳細(xì)地解釋了本發(fā)明，其中相同和相似的元件具有相同的附圖標(biāo)記，并且有可能相互組合各個(gè)典型實(shí)施例的特征。
在附圖中
圖1表示一種用于執(zhí)行依照本發(fā)明的方法的共焦顯微鏡的示意圖，圖2A表示在晶片上的抗蝕結(jié)構(gòu)的反射信號(hào)的顯微鏡圖像，圖2B表示所述抗蝕結(jié)構(gòu)的熒光信號(hào)的顯微鏡圖像，圖3表示進(jìn)一步的抗蝕結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)，圖4表示一個(gè)晶片表面的區(qū)域的三維重現(xiàn)，圖5表示圖4所示的三維重現(xiàn)沿著在yz平面上的截面沿著線(xiàn)A-A剖開(kāi)的視圖，圖6表示沿著截面沿著圖4中的線(xiàn)A-A的測(cè)量的高度值，以及圖7表示沿著穿過(guò)一個(gè)有一個(gè)蝕刻的孔的晶片的剖面的測(cè)量的值。
具體實(shí)施方式圖1是共焦LSM的示意圖，其整體由附圖標(biāo)記1表示，適合于執(zhí)行依照本發(fā)明用于測(cè)量晶片或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)的方法。這種共焦顯微鏡1通常包含激光5作為照明源。紫外線(xiàn)光源，例如UV激光，特別適合在此情況下來(lái)在有機(jī)材料中激發(fā)熒光。
提供了光電倍增管7以檢測(cè)由激光光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)。將來(lái)自激光5的光線(xiàn)經(jīng)由一個(gè)分色鏡8耦合到顯微鏡1的光軸上。為了除了熒光光線(xiàn)之外還檢測(cè)反射或散射的激發(fā)光線(xiàn)，分色鏡8可由一個(gè)光束分離器8′替代，其對(duì)來(lái)自于采樣的光線(xiàn)透明。
共焦顯微鏡1借助于激發(fā)光線(xiàn)，用于掃描一個(gè)發(fā)熒光的構(gòu)形結(jié)構(gòu)22并且用于檢測(cè)從物鏡的焦平面19中的焦點(diǎn)17發(fā)出以及由激發(fā)光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)。然后，從焦點(diǎn)17的位置和檢測(cè)的熒光信號(hào)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，并將其記錄。提供于顯微鏡的光束路徑中以便產(chǎn)生共焦配置的是兩個(gè)光圈9和11，其為激光或從被檢查采樣反射或發(fā)射的光線(xiàn)共焦地排列。
表示為在圖1所示典型實(shí)施例的情況下的采樣的是一個(gè)晶片2，在其表面21上，排列被測(cè)量的發(fā)熒光構(gòu)形結(jié)構(gòu)22。以在層范圍的方式，使用共焦顯微鏡1沿著xy方向上的焦平面19，掃描所述結(jié)構(gòu)22以及(可選的)晶片表面21。在此情況下，通過(guò)借助于掃描單元13來(lái)掃描激發(fā)光線(xiàn)，以進(jìn)行層的掃描?？梢岳缃柚谝苿?dòng)的掃描鏡、旋轉(zhuǎn)的Nipkow盤(pán)或聲光偏轉(zhuǎn)器作為掃描單元13的設(shè)備，進(jìn)行所述層的掃描。
可以記錄在z方向上層層相疊的若干層，以便從三維分布的測(cè)量點(diǎn)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，從而有可能計(jì)算結(jié)構(gòu)22和晶片表面的三維重現(xiàn)。
為了連續(xù)地記錄或掃描所述層，沿著顯微鏡1的物鏡15的光軸16，相對(duì)于構(gòu)形結(jié)構(gòu)22移動(dòng)焦平面19，其中通過(guò)沿著z方向移動(dòng)晶片2來(lái)進(jìn)行所述焦平面19的移動(dòng)。
最后，計(jì)算機(jī)25使用熒光光線(xiàn)的強(qiáng)度值和焦點(diǎn)分配的已知位置值來(lái)計(jì)算構(gòu)形結(jié)構(gòu)22的三維重現(xiàn)。為此，計(jì)算機(jī)被經(jīng)由線(xiàn)27、29連接到掃描單元13和光電倍增管7，以便由光電倍增管7檢測(cè)的強(qiáng)度值可被傳遞給計(jì)算機(jī)以及掃描單元，因此可以控制在焦平面19中的焦點(diǎn)17的位置。
此外，還可能結(jié)合反射的激發(fā)光線(xiàn)的強(qiáng)度值和焦點(diǎn)19的分配位置值來(lái)使用測(cè)量數(shù)據(jù)，以計(jì)算三維結(jié)構(gòu)。為此，例如，有可能連續(xù)地掃描所述層，同時(shí)檢測(cè)熒光光線(xiàn)和反射的激發(fā)光線(xiàn)。同樣地，在不同于圖1的配置中，還可以借助于一個(gè)額外的光束分離器和檢測(cè)器，同時(shí)檢測(cè)熒光光線(xiàn)和反射的激發(fā)光線(xiàn)。
使用共焦顯微鏡拍攝的在晶片上的抗蝕結(jié)構(gòu)的圖像如圖2A和2B所示。所述圖像分別表示從沿著物鏡的焦平面的二維層中測(cè)量的值。在此，圖2A表示抗蝕結(jié)構(gòu)的反射信號(hào)的顯微鏡圖像，并且圖2B表示同一抗蝕結(jié)構(gòu)的熒光信號(hào)的顯微鏡圖像。襯底材料(例如硅或銅)的發(fā)熒光抗蝕劑可通過(guò)結(jié)合這種圖像，或大體上一個(gè)反射通道和一個(gè)熒光通道的組合，而被容易地識(shí)別。剩余的抗蝕劑殘余物例如可以這種方式在結(jié)構(gòu)中可見(jiàn)。例如，因此還有在圓形部分中的光致成形之后剩余的抗蝕劑殘余物，而沒(méi)有抗蝕劑，如在圖2A和2B所示的抗蝕結(jié)構(gòu)的情況下。
圖3表示在晶片上的構(gòu)形結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)。所述結(jié)構(gòu)是施加到晶片的結(jié)構(gòu)化表面的清漆層30的一部分。晶片的結(jié)構(gòu)化是這樣的，以至于后者有一個(gè)伴隨著傾斜下降側(cè)面的凹陷。例如，在蝕刻的孔或蝕刻或研磨的切割的間距的情況下，出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。圖3所示的清漆層30的截面表示沿著遠(yuǎn)離所述凹陷的頂部邊緣的區(qū)域。所述凹陷的邊緣由K表示，傾斜地下降的側(cè)面由F表示。
通過(guò)掃描清漆層30并檢測(cè)從物鏡焦點(diǎn)發(fā)出以及由激發(fā)光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)，獲得對(duì)清漆層30的三維重現(xiàn)的測(cè)量值。用于確定測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量點(diǎn)在此情況下分布在三維空間中，由沿著焦平面的層層相疊的所述諸個(gè)層的層范圍掃描來(lái)記錄測(cè)量值。
由于在紫外光作用下發(fā)熒光的基本上只有抗蝕劑，可以從清漆層中很好地識(shí)別晶片材料。因此，如圖3所示，有可能計(jì)算清漆層30的正確重現(xiàn)。襯底或晶片材料在所述重現(xiàn)中并非明顯的。
本典型實(shí)施例的測(cè)量的清漆層30是在一個(gè)晶片上的BCB絕緣層。相似地，同樣還可以借助于用于半導(dǎo)體制造中的其它有機(jī)材料，例如光刻膠或可光致成形的環(huán)氧樹(shù)脂例如SU8，來(lái)實(shí)現(xiàn)在三維重現(xiàn)中的好結(jié)果。
BCB在335nm波長(zhǎng)的紫外區(qū)中表現(xiàn)了最大吸收。然而，對(duì)于許多其它有機(jī)材料，波長(zhǎng)為480nm、458nm或514nm的激發(fā)光線(xiàn)也是合適的。來(lái)自BCB的熒光光線(xiàn)的發(fā)射的最大強(qiáng)度為390nm波長(zhǎng)。
在如本例中的結(jié)構(gòu)化晶片表面的情況下，清漆層在許多情況下并不能通過(guò)旋涂施加的，因?yàn)榉駝t在一些情況下不含清漆的區(qū)域?qū)⒃谒鼋Y(jié)構(gòu)上形成。因此，通過(guò)噴射到這種結(jié)構(gòu)表面上而頻繁地施加封閉的清漆層。然而，即使當(dāng)噴射清漆時(shí)，較薄的清漆層可以在邊緣出現(xiàn)。該效果也可從圖3所示的典型實(shí)施例的凹陷的邊緣K中看出。清漆層30在該點(diǎn)表現(xiàn)了顯著的窄腰。在此，依照本發(fā)明的方法特別有助于控制清漆層厚度是否足以使施加到所述清漆層的導(dǎo)電層與晶片絕緣。
用于依照本發(fā)明的方法的進(jìn)一步可能作為晶片或設(shè)備的部件的微機(jī)械設(shè)備的三維重現(xiàn)。這些部件可以例如由晶片材料產(chǎn)生，或被安裝在其上。一種用于產(chǎn)生微機(jī)械設(shè)備的可能是由適當(dāng)塑料構(gòu)成的光致成形的塑料層?？晒庵鲁尚蔚沫h(huán)氧樹(shù)脂，特別是SU8，是用于該目的的合適例子。使用依照本發(fā)明的方法，通過(guò)記錄熒光信號(hào)，這種MEMS或MOEMS設(shè)備可被有效地測(cè)量并重現(xiàn)。
晶片表面21的區(qū)域的三維重現(xiàn)如圖4所示。在此情況下，晶片位于圖4中選擇的坐標(biāo)系中的xy平面。圖5表示在yz平面沿著圖4所示的重現(xiàn)的線(xiàn)A-A剖開(kāi)的視圖。而且，圖6表示有沿著截面測(cè)量的高度值的圖形。
圖4和5所示的晶片表面21的區(qū)域有一個(gè)凹陷31和一個(gè)溝渠33，其中僅表示了半個(gè)溝渠33。凹陷31是一個(gè)蝕刻的通孔，并且溝渠33是切割的間隔，沿著它們分離各個(gè)芯片。都分別蝕刻結(jié)構(gòu)31、33，從晶片的一側(cè)21開(kāi)始，直到一個(gè)蝕刻停止層。在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)31、33中，蝕刻停止層在每個(gè)情況下可被視為通孔31和溝渠33的平底區(qū)域34。
這兩個(gè)結(jié)構(gòu)可以例如通過(guò)蝕刻產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)31、33有相對(duì)于晶片所位于的xy平面的非常陡峭的表面，區(qū)域35甚至垂直于xy平面，或并行于位于z方向上的顯微鏡的光軸。
依照本發(fā)明，通過(guò)使用例如圖1所示的共焦顯微鏡以使用光線(xiàn)掃描具有構(gòu)形結(jié)構(gòu)31、33的晶片表面21展示區(qū)域，并檢測(cè)從物鏡焦平面中的焦點(diǎn)返回的光線(xiàn)，獲得圖4至6所示的晶片表面的構(gòu)形的測(cè)量值，從焦點(diǎn)位置和檢測(cè)的返回光線(xiàn)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。在此情況下，檢測(cè)了整體結(jié)構(gòu)31、33，包括其表面平行于光軸的結(jié)構(gòu)31、33的區(qū)域35。
當(dāng)陡峭的表面表現(xiàn)出高粗糙度時(shí)，依照本發(fā)明的方法特別有效地起作用，以至于許多光線(xiàn)從焦點(diǎn)回射進(jìn)物鏡并且可被檢測(cè)。然而，還可能通過(guò)檢測(cè)來(lái)自焦點(diǎn)的熒光光線(xiàn)來(lái)測(cè)量構(gòu)形結(jié)構(gòu)。為此，晶片表面的結(jié)構(gòu)可使用例如發(fā)熒光材料覆蓋。這樣，同樣可以從發(fā)熒光材料的重現(xiàn)中重現(xiàn)構(gòu)形結(jié)構(gòu)。因而，圖3所示的清漆層的重現(xiàn)的底面構(gòu)成了晶片表面的圖像。
另一個(gè)例子如圖7所示，其中沿著穿過(guò)有蝕刻的通孔31的晶片的剖面記錄測(cè)量值。以與通過(guò)圖4至6所示的典型實(shí)施例相似的方式，還在此蝕刻通孔直到一個(gè)蝕刻停止層，以至于通孔具有平底區(qū)域34。通孔31進(jìn)一步具有背面蝕刻。這導(dǎo)致晶片表面21的突出區(qū)域39。出于測(cè)量的目的，如果按常規(guī)方法排列晶片以至于其表面21垂直于共焦顯微鏡的物鏡的光軸，區(qū)域39相對(duì)于沿著平行于物鏡的光軸的方向41入射的光線(xiàn)，遮蔽通孔31的表面區(qū)域37。因此，當(dāng)從顯微鏡方向查看時(shí)，這些區(qū)域37被覆蓋。然而，如借助于圖7可看出的，由于顯微鏡的大數(shù)值孔徑，依照本發(fā)明檢測(cè)包括被覆蓋或遮擋區(qū)37在內(nèi)的結(jié)構(gòu)31的整個(gè)表面。因此，依照本發(fā)明的方法還使這種三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)能夠被完全測(cè)量、重現(xiàn)以及可視化而不被損壞。
附圖標(biāo)記列表1 共焦顯微鏡2 晶片5 激光7 光電倍增管8 分色鏡8′光束分離器9、11 共焦地排列的光圈13 掃描單元15 物鏡16 15的光軸17 焦點(diǎn)19 焦平面21 2的表面22 構(gòu)形結(jié)構(gòu)25 計(jì)算機(jī)27、29 線(xiàn)30 清漆層
31 凹陷33 溝渠34 31、33的平底區(qū)域35 垂直的表面區(qū)域37 遮擋區(qū)39 遮擋區(qū)41 平行于16的方向K 邊緣F 側(cè)面
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量在晶片(2)或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)的方法，其中借助于共焦顯微鏡(1)，使用激發(fā)光線(xiàn)掃描至少一個(gè)發(fā)熒光構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)，并且檢測(cè)從物鏡(15)的焦平面(19)中的焦點(diǎn)(17)發(fā)出以及由所述激發(fā)光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)，以及從所述焦點(diǎn)(17)的位置和所檢測(cè)的熒光信號(hào)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求
1中所述的方法，其中檢測(cè)被反射或散射的激發(fā)光線(xiàn)。
3.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量數(shù)據(jù)是從三維分布的測(cè)量點(diǎn)中獲得的。
4.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中沿著所述顯微鏡(1)的焦平面(19)，以在層范圍的方式掃描所述構(gòu)形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求
4中所述的方法，其中出于掃描所述層的目的，沿著共焦顯微鏡(1)的物鏡(15)的光軸(16)，相對(duì)于構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)移動(dòng)焦平面(19)。
6.如權(quán)利要求
5中所述的方法，其中通過(guò)移動(dòng)晶片(2)或設(shè)備來(lái)進(jìn)行所述焦平面(19)的移動(dòng)。
7.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中借助于顯微鏡(1)的掃描單元(13)，以在層范圍的方式掃描所述構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)。
8.如權(quán)利要求
7中所述的方法，其中所述掃描是借助于移動(dòng)掃描鏡來(lái)進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求
7中所述的方法，其中所述掃描是借助于Nipkow盤(pán)或聲光偏轉(zhuǎn)器來(lái)進(jìn)行的。
10.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中激光被用作激發(fā)光線(xiàn)。
11.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)的三維重現(xiàn)是從熒光光線(xiàn)的強(qiáng)度值和所述焦點(diǎn)的分配位置值計(jì)算的。
12.如權(quán)利要求
11中所述的方法，其中為了計(jì)算三維結(jié)構(gòu)，額外的使用具有反射的激發(fā)光線(xiàn)的強(qiáng)度值和焦點(diǎn)(17)的分配位置值的測(cè)量數(shù)據(jù)。
13.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中從所述測(cè)量數(shù)據(jù)確定所述發(fā)熒光結(jié)構(gòu)(22)的層厚度。
14.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中紫外光被用作激發(fā)光線(xiàn)。
15.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中波長(zhǎng)為480nm、458nm或514nm的光線(xiàn)被用作激發(fā)光線(xiàn)。
16.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)，其具有包含光刻膠、BCB、可光致成形的環(huán)氧樹(shù)脂在內(nèi)的物質(zhì)的至少之一。
17.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量蝕刻的通孔(31)、切割的間隔(33)或微機(jī)械結(jié)構(gòu)。
18.一種用于測(cè)量在晶片(2)或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22、31、33)的方法，尤其如前述權(quán)利要求
之一中所述的，其中借助于共焦顯微鏡(1)，使用光線(xiàn)掃描至少一個(gè)構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)，并且檢測(cè)從物鏡(15)的焦平面(19)中的焦點(diǎn)(17)返回的光線(xiàn)，并且從所述焦點(diǎn)(17)的位置和檢測(cè)的返回光線(xiàn)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，其中所述被檢測(cè)的結(jié)構(gòu)的區(qū)域(35、37)的表面沿著平行于光軸的方向(41)，或者當(dāng)光線(xiàn)平行于所述顯微鏡光軸入射時(shí)被遮蔽。
19.如權(quán)利要求
18中所述的方法，其中測(cè)量數(shù)據(jù)是從在結(jié)構(gòu)(22、31、35)表面回射的光線(xiàn)中獲得的。
20.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量數(shù)據(jù)是從在焦點(diǎn)(19)產(chǎn)生的熒光光線(xiàn)中產(chǎn)生的。
21.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量所述結(jié)構(gòu)的區(qū)域(37)，當(dāng)光線(xiàn)平行于物鏡(15)的光軸(16)入射時(shí)，其被晶片(2)或設(shè)備的結(jié)構(gòu)(31)的區(qū)域(39)遮蔽。
22.如前述權(quán)利要求
之一中所述的方法，其中測(cè)量當(dāng)光線(xiàn)平行于物鏡(15)的光軸(16)入射時(shí)被遮蔽的區(qū)域(37)，所述區(qū)域(37)包括一個(gè)蝕刻結(jié)構(gòu)(31、33)的背面蝕刻。
專(zhuān)利摘要
為了能夠以沒(méi)有損壞的方式測(cè)量在晶片或設(shè)備上的構(gòu)形，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量在晶片(2)或設(shè)備上的三維構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)的方法，其中借助于共焦顯微鏡(1)，使用激發(fā)光線(xiàn)掃描至少一個(gè)發(fā)熒光構(gòu)形結(jié)構(gòu)(22)，并且檢測(cè)從物鏡(15)的焦平面(19)中的焦點(diǎn)(17)發(fā)出以及由所述激發(fā)光線(xiàn)激發(fā)的熒光光線(xiàn)，并且從焦點(diǎn)(17)的位置和檢測(cè)的熒光信號(hào)中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1997926SQ200580021370
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年5月13日
發(fā)明者麥克爾·斯特爾茲利, 沃爾克·賽德曼, 杰根·雷布, 努哈東 申請(qǐng)人:肖特股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan