使用輪廓剪影圖像的自動(dòng)化在線檢驗(yàn)和計(jì)量的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示輪廓剪影(Shadow?gram),其用于堆疊晶片的邊緣檢驗(yàn)和計(jì)量。系統(tǒng)包含:光源,其將準(zhǔn)直光引導(dǎo)在所述堆疊晶片的邊緣處;檢測(cè)器,其與所述光源相對(duì);及控制器,其連接到所述檢測(cè)器。所述堆疊晶片可相對(duì)于所述光源旋轉(zhuǎn)。所述控制器分析所述堆疊晶片的所述邊緣的輪廓剪影圖像。比較所述堆疊晶片在所述輪廓剪影圖像中的側(cè)影(silhouette)的測(cè)量與預(yù)定測(cè)量??蓞R總并分析沿所述堆疊晶片的所述邊緣的不同點(diǎn)處的多個(gè)輪廓剪影圖像。
【專利說(shuō)明】
使用輪廓剪影圖像的自動(dòng)化在線檢驗(yàn)和計(jì)量
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)案主張2014年2月25日申請(qǐng)且轉(zhuǎn)讓的第61/944,244號(hào)美國(guó)申請(qǐng)案的臨時(shí)專 利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán),所述案的揭示內(nèi)容特此以引用的方式并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及使用輪廓剪影圖像的檢驗(yàn)和計(jì)量,且更特定來(lái)說(shuō),涉及使用輪廓剪影 圖像的堆疊晶片的檢驗(yàn)和計(jì)量。
【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中通常使用堆疊(或接合)晶片。接合到載體晶片的一或多個(gè)超薄晶片 是堆疊晶片的實(shí)例,但是其它半導(dǎo)體晶片設(shè)計(jì)也可為堆疊晶片。例如,堆疊晶片可包含接合 到載體晶片的裝置晶片。這些堆疊晶片可用于存儲(chǔ)器及邏輯應(yīng)用兩者。可使用堆疊晶片產(chǎn) 生三維集成電路("3D 1C")。
[0005] 堆疊晶片可具有復(fù)雜的邊緣輪廓。堆疊晶片的各層可具有不同高度及直徑。這些 尺寸可受堆疊之前的各個(gè)晶片的大小或受處理步驟影響。此類處理步驟還可影響堆疊晶片 的邊緣輪廓,潛在地甚至引起非所需邊緣輪廓。
[0006] 具有制作誤差的堆疊晶片可在制造期間產(chǎn)生問(wèn)題。例如,具有不滿足規(guī)范的邊緣 輪廓的堆疊晶片可在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、其它處理步驟或晶片處置期間構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。堆疊晶 片的中心性影響CMP工藝或增加處置風(fēng)險(xiǎn)。在CMP期間,中心性影響拋光墊相對(duì)于堆疊晶片 的中心的放置及后續(xù)平坦化。在晶片處置期間,堆疊晶片的平衡或制造設(shè)備內(nèi)的間隙可受 堆疊晶片的中心性影響。
[0007] 不適當(dāng)?shù)闹行男陨踔量善茐亩询B晶片或損壞制造設(shè)備。如果堆疊晶片經(jīng)底切、不 適當(dāng)?shù)亟雍显谝黄鸹蚝羞^(guò)量膠,那么堆疊晶片可在CMP工具內(nèi)破裂,從而污染或損壞CMP 工具。此污染或損壞造成非所需停機(jī)時(shí)間或甚至可在半導(dǎo)體制造內(nèi)停止生產(chǎn)。
[0008] 此外,CMP工藝可在堆疊晶片上產(chǎn)生非所需邊緣輪廓。例如,在CMP工藝期間可移除 過(guò)多或不足的材料,或CMP工藝可造成底切、懸垂或晶須。這些非所需邊緣輪廓可影響裝置 良率或可影響后續(xù)制造步驟。
[0009] 可使用檢驗(yàn)來(lái)識(shí)別堆疊晶片的問(wèn)題,但是堆疊晶片提出獨(dú)特的邊緣檢驗(yàn)挑戰(zhàn)。堆 疊晶片的底切或其它邊緣輪廓使在圖像檢測(cè)器中難以獲得經(jīng)散射或反射。朝堆疊晶片徑向 地引導(dǎo)光束以檢驗(yàn)堆疊晶片的邊緣輪廓可造成光不會(huì)反射回到檢測(cè)器。更復(fù)雜的輪廓構(gòu)成 此問(wèn)題。鋸齒邊緣或復(fù)雜邊緣輪廓還可造成噪聲。例如,當(dāng)堆疊晶片不適當(dāng)?shù)囟询B時(shí),裝置 晶片的一側(cè)可在載體晶片的邊緣上方具有懸垂,而裝置晶片的另一側(cè)在載體晶片內(nèi)側(cè)位于 太遠(yuǎn)的位置。在此情形中,常規(guī)系統(tǒng)可僅優(yōu)化懸垂或在載體晶片內(nèi)側(cè)位于太遠(yuǎn)的位置的裝 置晶片的檢測(cè)。噪聲及缺少散射或反射光意味著不適當(dāng)?shù)囟询B不能得到有效分析。
[0010]用于堆疊晶片的手動(dòng)及離線邊緣輪廓測(cè)量方法是緩慢、耗時(shí)的手段,所述手段提 供不良質(zhì)量結(jié)果。這些易于出錯(cuò)的技術(shù)可能不能精確地測(cè)量或檢測(cè)堆疊晶片中的缺陷。此 外,手動(dòng)及離線邊緣輪廓測(cè)量不能用于制造期間的實(shí)時(shí)過(guò)程控制。
[0011]尤其在后端工藝(BE0L)處,不斷需要檢驗(yàn)經(jīng)薄化且接合到載體的晶片。在一些情 況下,這些堆疊晶片將不具有標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓形狀。此外,堆疊晶片的不正確堆疊可造成多個(gè) 裝置晶片的損耗,即使一個(gè)堆疊步驟具有誤差也是如此。例如,混合存儲(chǔ)器室中的一個(gè)堆疊 故障的代價(jià)可損壞多達(dá)8個(gè)經(jīng)充分處理的裝置晶片。
[0012]邊緣計(jì)量的當(dāng)前解決方案對(duì)于堆疊晶片而言并非足夠精確或足夠快。此外,邊緣 計(jì)量的當(dāng)前解決方案無(wú)法精確地指示堆疊晶片的邊緣輪廓何時(shí)不匹配特定模型。因此,需 要一種用于堆疊晶片的經(jīng)改進(jìn)邊緣檢驗(yàn)技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 在第一實(shí)施例中,提供一種系統(tǒng)。所述系統(tǒng)具有光源、檢測(cè)器及控制器。所述光源 經(jīng)配置以將準(zhǔn)直光引導(dǎo)在堆疊晶片的邊緣處。所述檢測(cè)器經(jīng)安置成與所述光源相對(duì)且經(jīng)配 置以獲取所述堆疊晶片的所述邊緣的輪廓剪影圖像。所述控制器操作性地連接到所述檢測(cè) 器。所述控制器經(jīng)配置以接收所述輪廓剪影圖像及比較所述輪廓剪影圖像的特性與預(yù)定測(cè) 量以檢驗(yàn)所述堆疊晶片的邊緣輪廓。所述檢測(cè)器可經(jīng)配置以獲取所述堆疊晶片的不同位置 的多個(gè)輪廓剪影圖像。所述堆疊晶片可經(jīng)配置以相對(duì)于所述光源旋轉(zhuǎn)。例如,所述系統(tǒng)可包 含經(jīng)配置以使所述堆疊晶片旋轉(zhuǎn)的壓板。
[0014] 在第二實(shí)施例中,提供一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其包括用于在一或多 個(gè)計(jì)算裝置上執(zhí)行以下步驟的一或多個(gè)程序。所述步驟包含:接收堆疊晶片的邊緣的至少 一個(gè)輪廓剪影圖像、檢測(cè)所述堆疊晶片在所述輪廓剪影圖像中的側(cè)影的邊緣、基于所述輪 廓剪影圖像的圖像分析確定所述側(cè)影的所述邊緣的測(cè)量及比較所述側(cè)影的所述邊緣的測(cè) 量與預(yù)定測(cè)量。可顯示所述比較的結(jié)果。所述檢測(cè)可為以下一項(xiàng):基于搜索的檢測(cè)、基于零 交叉的檢測(cè)、形態(tài)學(xué)檢測(cè)或分類檢測(cè)。所述輪廓剪影圖像的所述圖像分析可為一或多個(gè)形 態(tài)學(xué)運(yùn)算,例如施加位屏蔽,且還可包含使用所述位屏蔽將邊緣接合在一起。所述預(yù)定測(cè)量 可為以下至少一項(xiàng):載體高度、裝置高度、插入物寬度、載體高度公差、裝置高度公差、載體 邊緣突出閾值及裝置邊緣突出閾值??墒褂面?zhǔn)酱a算法編碼所述側(cè)影的所述邊緣使得所述 鏈?zhǔn)酱a算法產(chǎn)生像素矩陣。所述檢測(cè)可為以下一項(xiàng):直方圖分析、分段分析或射線跟蹤算 法。
[0015] 可匯總所述堆疊晶片上的多個(gè)位置處的所述側(cè)影的所述邊緣的所述測(cè)量使得所 述堆疊晶片的信息被提供。所述堆疊晶片的所述信息可為以下至少一項(xiàng):直徑、中心偏移、 厚度、平均總高度、平均裝置高度、平均載體高度、最小質(zhì)量因子、全部底切高度的最大值、 全部底切寬度的最大值、裝置邊緣突出的最大值、載體邊緣向下突出的最大值及載體向左 突出的最大值。
[0016] 在第三實(shí)施例中,提供一種方法。使用檢測(cè)器獲得堆疊晶片的邊緣的輪廓剪影圖 像。使用控制器比較所述堆疊晶片的在所述輪廓剪影圖像中的側(cè)影的測(cè)量與預(yù)定測(cè)量。所 述預(yù)定測(cè)量可為以下至少一項(xiàng):載體高度、裝置高度、插入物寬度、載體高度公差、裝置高度 公差、載體邊緣突出閾值及裝置邊緣突出閾值。
[0017] 可使所述堆疊晶片旋轉(zhuǎn)且可獲得沿所述堆疊晶片的所述邊緣的不同點(diǎn)處的多個(gè) 所述輪廓剪影圖像。可匯總所述多個(gè)輪廓剪影圖像中的所述側(cè)影的所述測(cè)量使得所述堆疊 晶片的信息被提供。所述堆疊晶片的所述信息可為以下至少一項(xiàng):直徑、中心偏移、厚度、平 均總高度、平均裝置高度、平均載體高度、最小質(zhì)量因子、全部底切高度的最大值、全部底切 寬度的最大值、裝置邊緣突出的最大值、載體邊緣向下突出的最大值及載體向左突出的最 大值。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 為了更完全地理解本發(fā)明的本質(zhì)及目的,應(yīng)結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)描述,其中:
[0019] 圖1到2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖的俯視圖及沿著所述系統(tǒng)的所述框 圖的A-A的對(duì)應(yīng)橫截面?zhèn)纫晥D;
[0020] 圖3是對(duì)應(yīng)于圖1到2的實(shí)施例的系統(tǒng)的透視圖;
[0021] 圖4是堆疊晶片的邊緣的示范性輪廓剪影輪廓;
[0022] 圖5是堆疊晶片的邊緣的另一示范性輪廓剪影輪廓;
[0023] 圖6是具有底切堆疊故障的示范性輪廓剪影邊緣輪廓;
[0024]圖7是不同堆疊晶片的一系列示范性輪廓剪影輪廓,其中堆疊晶片A具有具備所需 輪廓特性的邊緣且堆疊晶片B、C、D、E及F具有具備非所需輪廓特性的邊緣;
[0025] 圖8是具有所需輪廓特性的堆疊晶片的邊緣的另一示范性輪廓剪影輪廓;
[0026] 圖9是具有非所需輪廓特性的堆疊晶片邊緣的四個(gè)示范性輪廓剪影輪廓;
[0027] 圖10是在堆疊晶片的周長(zhǎng)周圍獲取的一系列示范性輪廓剪影邊緣輪廓;及
[0028] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 雖然將就某些實(shí)施例描述所主張標(biāo)的物,但是包含不提供本文中陳述的全部益處 及特征的實(shí)施例的其它實(shí)施例也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下, 可作出各種結(jié)構(gòu)、邏輯、工藝步驟及電子改變。因此,僅參考隨附權(quán)利要求書(shū)界定本發(fā)明的 范圍。
[0030] 本發(fā)明的實(shí)施例提供用于堆疊晶片的計(jì)量測(cè)量、邊緣檢驗(yàn)及缺陷檢測(cè)。可跨沿堆 疊晶片的邊緣的若干點(diǎn)執(zhí)行計(jì)量以定量例如(例如)中心性、過(guò)量膠、晶片晶須、底切、晶片 堆疊角度的堆疊特性或其它問(wèn)題??蓤?zhí)行不規(guī)則晶片的檢驗(yàn)。
[0031] 圖1到2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)100的框圖的俯視圖及沿著所述系統(tǒng)的所述 框圖的A-A的對(duì)應(yīng)橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是對(duì)應(yīng)于圖1到2的實(shí)施例的系統(tǒng)100的透視圖。系統(tǒng) 100經(jīng)配置以通過(guò)獲取作為輪廓剪影的圖像對(duì)堆疊晶片執(zhí)行邊緣計(jì)量。輪廓剪影應(yīng)用輪廓 顯像技術(shù)且使輪廓可視化或成像。壓板101可經(jīng)配置以使堆疊晶片102旋轉(zhuǎn),但是系統(tǒng)100也 可相對(duì)于堆疊晶片102旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)可為分階段或連續(xù)的。堆疊晶片102也可不在檢驗(yàn)及計(jì) 量期間旋轉(zhuǎn),且系統(tǒng)100的組件可固定。
[0032] 示范性堆疊晶片102經(jīng)展示具有第一層107及第二層108。例如圖1中說(shuō)明,第一層 107及第二層108可具有不同直徑。例如,第一層107可為載體晶片且第二層108可為裝置晶 片。替代地,第一層107及第二層108可均為裝置晶片,或不止第一層107及第二層108可形成 堆置晶片102。
[0033] 光源103經(jīng)配置以將準(zhǔn)直光104引導(dǎo)在堆疊晶片102的邊緣處。在一些實(shí)施例中,準(zhǔn) 直光104相對(duì)于堆疊晶片102成切線引導(dǎo),以產(chǎn)生邊緣輪廓的輪廓。在示范性實(shí)施例中,光源 103利用發(fā)光二極管(LED)。根據(jù)本發(fā)明將明白其它適當(dāng)?shù)墓庠?03,例如產(chǎn)生準(zhǔn)直光的燈 具、激光、超連續(xù)激光、激光驅(qū)動(dòng)磷光體或激光驅(qū)動(dòng)燈具??衫霉庠?03的組合,例如激光 及LED。光源103可包含單個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)中的單頻帶及寬帶光源兩者。準(zhǔn)直光104平行于 堆疊晶片102的平面。例如,準(zhǔn)直光104可平行于上面安置第二層108的第一層107的平面。可 使用衍射抑制技術(shù)來(lái)移除可不利地影響晶片厚度或其它尺寸的測(cè)量的衍射相關(guān)假影。使用 準(zhǔn)直光104在輪廓中看見(jiàn)近似幾毫米的堆疊晶片102,但是其它尺寸是可能的。
[0034]與光源103分開(kāi)定位的檢測(cè)器105接收至少一些準(zhǔn)直光104。檢測(cè)器105經(jīng)定位使得 當(dāng)堆疊晶片102在受檢驗(yàn)時(shí),檢測(cè)器105接收輪廓(即,產(chǎn)生輪廓的光)的至少一部分。檢測(cè)器 105可為例如電荷耦合裝置(CCD)或互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)相機(jī)。以此方式,形成 晶片邊緣側(cè)影的圖像。檢測(cè)器105可經(jīng)配置以收集堆疊晶片102上的數(shù)百個(gè)圖像以用于高取 樣。例如,可收集堆疊晶片102的介于1個(gè)與500個(gè)之間的圖像,但是可收集更多圖像。可讀取 并處理圖像。在實(shí)例中,可在沿堆疊晶片102的邊緣的上百個(gè)點(diǎn)處執(zhí)行計(jì)量,同時(shí)堆疊晶片 102加快自旋以供檢驗(yàn)。
[0035] 準(zhǔn)直光104可具有產(chǎn)生輪廓的一或多個(gè)波長(zhǎng)。例如,可使用可見(jiàn)光,例如藍(lán)色光或 白色光。根據(jù)本發(fā)明將明白其它適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直光104。例如,可使用紫外線光。準(zhǔn)直光104可為 偏振且可為脈沖或?yàn)檫B續(xù)光。
[0036] 雖然圖1到3中僅說(shuō)明單個(gè)光源103及檢測(cè)器105,但是可使用多個(gè)光源103及檢測(cè) 器105。多個(gè)光源103及檢測(cè)器105可放置在堆疊晶片102的周長(zhǎng)周圍的各個(gè)位置處以收集堆 疊晶片102的不同位置處的輪廓剪影圖像。這可增加檢驗(yàn)總處理量或增加所產(chǎn)生的輪廓剪 影圖像的數(shù)目,同時(shí)最小化對(duì)檢驗(yàn)總處理量的影響。如果多個(gè)光源103及檢測(cè)器105放置在 堆疊晶片102的周長(zhǎng)周圍的各個(gè)位置處,那么堆疊晶片102無(wú)法相對(duì)于光源103或檢測(cè)器105 旋轉(zhuǎn)。
[0037] 控制器106操作性地連接到檢測(cè)器105。控制器106經(jīng)配置以分析堆疊晶片102的邊 緣的輪廓剪影,且可控制使用檢測(cè)器105的輪廓剪影圖像的獲取。例如,控制器106可使堆疊 晶片102相對(duì)于光源103或檢測(cè)器105旋轉(zhuǎn)??刂破?06還可控制堆疊晶片102上的輪廓剪影 圖像獲取的時(shí)序或位置。使用輪廓剪影,系統(tǒng)100可用來(lái)估計(jì)堆疊晶片102的邊緣輪廓。例 如,系統(tǒng)100可確定堆疊晶片102的邊緣輪廓是否滿足一或多個(gè)預(yù)定準(zhǔn)則,例如(例如)關(guān)于 插入物寬度的大小的準(zhǔn)則。
[0038]系統(tǒng)100可為自動(dòng)化在線系統(tǒng),其可以全掃描總處理量產(chǎn)生上百個(gè)檢驗(yàn)及測(cè)量點(diǎn)。 多次測(cè)量可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)得出實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)論。雖然一次或僅幾次測(cè)量可能已足夠,但是隨著 測(cè)量次數(shù)增加,所述數(shù)據(jù)可更好地提供用于整個(gè)堆疊晶片102的結(jié)論。在線算法可向其它綜 合檢驗(yàn)及重查系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋。例如,例如具有堆疊或膠合問(wèn)題的缺陷堆疊晶片可從制 造移除以進(jìn)行再加工或廢棄。在另一實(shí)例中,可基于從所述數(shù)據(jù)得出的結(jié)論調(diào)整制造步驟。 例如,歸因于從所收集的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論可修改CMP工藝或光致抗蝕劑涂敷工藝。所述結(jié)論 還可用作膠合、接合或堆疊工藝的反饋。因此,這些數(shù)據(jù)或結(jié)論可用作此檢驗(yàn)及計(jì)量的上游 或下游過(guò)程的反饋。
[0039]圖4是堆疊晶片的邊緣的示范性輪廓剪影輪廓。圖4中的堆疊晶片包含第一層107 及第二層108。在此實(shí)例中,第一層107是載體晶片且第二層108是裝置晶片。圖4中的堆疊晶 片的邊緣輪廓可滿足一組示范性所需測(cè)量或特性。
[0040] 圖5是堆疊晶片的邊緣的另一示范性輪廓剪影輪廓。圖4中的堆疊晶片具有非所需 輪廓特性。這些非所需輪廓特性包含裝置突出部、載體突出部及底切。
[0041] 圖6是具有底切堆疊故障的另一示范性輪廓剪影邊緣輪廓。底切可為蝕刻工藝或 其它處理步驟的結(jié)果。底切區(qū)域在堆疊晶片的部分下方延伸,例如裝置晶片下方或載體晶 片與裝置晶片之間。底切堆疊故障可影響堆疊晶片的良率或增加CMP工藝期間的堆疊晶片 破裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0042] 圖7是不同堆疊晶片的一系列示范性輪廓剪影輪廓。堆疊晶片A具有所需輪廓特 性。堆疊晶片B、C、D、E及F具有非所需輪廓特性。堆疊晶片B、D及E具有底切。堆疊晶片C及F可 已在CMP工具中被不正確地平坦化,這是因?yàn)閺亩询B晶片C及F移除過(guò)多材料。
[0043] 圖8是具有所需輪廓特性的堆疊晶片的邊緣的另一示范性輪廓剪影輪廓。圖9是具 有非所需輪廓特性的堆疊晶片邊緣的四個(gè)示范性輪廓剪影輪廓。圖8中的邊緣輪廓包含例 如底切、晶須或不適當(dāng)?shù)某叽纭?br>[0044] 本發(fā)明的實(shí)施例可包含用于自動(dòng)化計(jì)量及/或檢驗(yàn)的系統(tǒng)及方法以及堆疊晶片的 檢驗(yàn)及重查的統(tǒng)計(jì)信息的使用。在系統(tǒng)100的上述實(shí)施例中,控制器106可經(jīng)配置以使用例 如下文描述的方法分析堆疊晶片102的邊緣輪廓。
[0045] 例如,邊緣提取算法可被用作用于堆疊晶片的相關(guān)聯(lián)輪廓剪影或若干輪廓剪影的 自動(dòng)化檢驗(yàn)的第一步驟。邊緣提取算法可識(shí)別對(duì)于檢測(cè)而言是重要的輪廓剪影圖像的屬 性,例如輪廓剪影中的角隅、線段及曲線??墒褂迷S多邊緣檢測(cè)算法,例如(例如)基于搜索、 基于零交叉的邊緣檢測(cè)及其它形態(tài)學(xué)圖像處理方法?;谒阉鞯姆椒ɡ缤ㄟ^(guò)首先計(jì)算邊 緣強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)檢測(cè)圖像中的邊緣。邊緣強(qiáng)度的測(cè)量可基于圖像中的離散數(shù)據(jù),例如圖像 的特定像素相對(duì)于相鄰像素的顏色、色調(diào)或亮度。邊緣強(qiáng)度可通過(guò)計(jì)算圖像像素的一階導(dǎo) 數(shù)表達(dá)(例如圖像像素的梯度量值)而測(cè)量。在梯度方向上具有最大梯度值(即,梯度量值的 局部方向極大值)的像素變?yōu)檫吘壪袼兀铱筛櫞怪庇谔荻确较虻姆较蛏系倪吘?。使用?度的邊緣檢測(cè)算法的一個(gè)實(shí)例是Canny邊緣檢測(cè)器??墒褂闷渌吘墮z測(cè)算法。在Canny邊 緣檢測(cè)器中,使用四個(gè)濾波器來(lái)檢測(cè)圖像中的水平、垂直及對(duì)角線邊緣。邊緣檢測(cè)計(jì)算可返 回水平方向及垂直方向上的第一導(dǎo)數(shù)的值。由此可確定邊緣梯度及方向。換句話來(lái)說(shuō),可以 數(shù)學(xué)方式分析圖像以確定其中發(fā)生顏色、色調(diào)或亮度的最大變化的區(qū)域(即,在側(cè)影的邊緣 處)。
[0046] 基于零交叉的方法可搜索由圖像像素計(jì)算的二階導(dǎo)數(shù)表達(dá)中的零交叉以尋找邊 緣,例如拉普拉斯算子(Laplacian)的零交叉或非線性微分表達(dá)的零交叉。例如,一些邊緣 檢測(cè)算子是基于圖像中的像素強(qiáng)度的二階導(dǎo)數(shù)。此本質(zhì)上捕捉強(qiáng)度梯度的變化速率。因此, 在連續(xù)情況下,第二導(dǎo)數(shù)中的零交叉的檢測(cè)捕捉梯度中的局部極大值。
[0047] 作為用于邊緣檢測(cè)的預(yù)處理步驟,可應(yīng)用平滑化階段,例如高斯(Gaussian)平滑 化??蓱?yīng)用其它類型的平滑化階段。邊緣檢測(cè)可受來(lái)自圖像的噪聲影響,因此濾除噪聲可防 止一些邊緣檢測(cè)錯(cuò)誤。例如,為平滑化圖像,可應(yīng)用高斯濾波器以與圖像卷積。此步驟可稍 微平滑化圖像,使得其將不顯著地受圖像中的單獨(dú)明顯噪聲影響。濾波器的大小越大,邊緣 檢測(cè)器對(duì)噪聲的敏感度越低。此外,用于檢測(cè)邊緣的定位誤差可隨著高斯濾波器的大小增 加而稍微增加。
[0048] 可執(zhí)行其它邊緣檢測(cè)步驟,例如非最大值抑制(比較像素的邊緣強(qiáng)度與正梯度方 向及負(fù)梯度方向上的像素的邊緣強(qiáng)度以確定當(dāng)前像素是否具有最大邊緣強(qiáng)度且抑制梯度 中的其它)及閾值化(使用預(yù)定閾值濾除具有弱梯度值的邊緣像素)??墒褂闷渌娲椒?以檢測(cè)輪廓剪影圖像中的晶片輪廓邊緣。每一方法可具有其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。例如, 輪廓剪影圖像可首先通過(guò)分析輪廓剪影圖像的直方圖而被變換為二進(jìn)制圖像。可利用連通 成分分析(connected component analysis)以從二進(jìn)制圖像移除錯(cuò)誤外部及內(nèi)部二進(jìn)制 大型對(duì)象(blob)。可通過(guò)施加形態(tài)學(xué)擾動(dòng)從二進(jìn)制圖像檢測(cè)輪廓邊緣圖。
[0049] 在邊緣檢測(cè)之后,鏈?zhǔn)酱a類型算法是可用來(lái)以數(shù)學(xué)方式描述輪廓剪影側(cè)影的若干 選項(xiàng)中的一者。其它選項(xiàng)可包含邊緣跟蹤、基于專門(mén)化屬性的分類方法及基于強(qiáng)度的分割 算法。鏈?zhǔn)酱a類型算法可用來(lái)通過(guò)指定長(zhǎng)度及方向的直線段的連接序列表示邊界。每一分 段的方向是通過(guò)使用編號(hào)方案而編碼。對(duì)于每一經(jīng)連通成分(即,圖像內(nèi)的每一"二進(jìn)制大 型對(duì)象"),可選擇組件的邊緣上的點(diǎn)且可記錄所述點(diǎn)的坐標(biāo)。鏈?zhǔn)酱a算法接著可沿邊緣移 動(dòng),且在每一步驟處記錄表示此移動(dòng)方向的值。通常,方向值可基于4個(gè)方向(N、E、S、W)、8個(gè) 方向或更多方向來(lái)選擇。邊緣的鏈?zhǔn)酱a可取決于起點(diǎn)。例如,與在右端處開(kāi)始相比,在分段 的左端處開(kāi)始可造成不同的鏈?zhǔn)酱a。然而,可通過(guò)將鏈?zhǔn)酱a視為方向數(shù)的循環(huán)序列且重新 定義起點(diǎn)使得所得數(shù)字序列形成整數(shù)最小量值來(lái)正規(guī)化關(guān)于所述起點(diǎn)的鏈?zhǔn)酱a。鏈?zhǔn)酱a算 法可用來(lái)單獨(dú)地編碼側(cè)影中的每一經(jīng)連通成分。
[0050] 示范性鏈?zhǔn)酱a算法記錄關(guān)于二維坐標(biāo)集的方向。鏈?zhǔn)酱a算法將邊緣的行進(jìn)方向編 碼為離散方向,且在一些實(shí)施例中編碼為長(zhǎng)度。鏈?zhǔn)酱a可使用8個(gè)方向(即,N、NE、E、SE、S、 SW、W及NW或其在二維坐標(biāo)集上的等效物)來(lái)表達(dá)??墒褂闷渌鼣?shù)量的方向,例如用于更快速 計(jì)算的4個(gè)方向(N、S、E、W)或用于更高分辨率的16個(gè)方向(即,N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、 SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW及NNW)及32個(gè)方向鏈?zhǔn)剿惴?。通常,鏈?zhǔn)酱a算法使用數(shù)字來(lái)代 替字母以表達(dá)經(jīng)編碼方向。例如,在8方向鏈?zhǔn)酱a算法中,N=0、NE=1、E = 2、SE = 3等等。數(shù) 字通常是以順時(shí)針?lè)绞街概?。在一個(gè)實(shí)施例中,為了實(shí)施的數(shù)學(xué)方便性,所記錄的鏈?zhǔn)酱a值 可偏移。以此方式,使用先前實(shí)例,N=1、NE = 2、E = 3、SE = 4等等。偏移鏈?zhǔn)酱a值有利于避免 基于零的編號(hào)數(shù)學(xué)計(jì)算。
[0051] 邊緣提取算法可包含來(lái)自所記錄的鏈?zhǔn)酱a值的分段產(chǎn)生。例如,鏈?zhǔn)酱a值可以矩 陣格式表示使得邊緣位置(即,開(kāi)始于邊緣檢測(cè)算法的起點(diǎn)到邊緣末端的邊緣中的像素)是 在X軸上,且鏈?zhǔn)酱a值是在y軸上,因此造成二進(jìn)制矩陣??珊喜⒓皠h除分段。例如,例如1x3 二進(jìn)制屏蔽(例如[111])的位屏蔽可施加于二進(jìn)制矩陣以填充出現(xiàn)在二進(jìn)制矩陣中的分段 中的間隙。如果分段低于某一閾值長(zhǎng)度,那么可刪除一些分段。例如,算法可剖析二進(jìn)制矩 陣的每一行以尋找分段起點(diǎn)及終點(diǎn)以計(jì)算分段長(zhǎng)度??蓜h除長(zhǎng)度小于20個(gè)像素的分段。
[0052] 可合并相鄰分段。例如,可計(jì)算每一分段的形心且比較彼此。例如,如果兩個(gè)經(jīng)比 較分段的形心分開(kāi)小于指定數(shù)目個(gè)像素且終點(diǎn)分開(kāi)小于另一指定數(shù)目個(gè)像素,那么可組合 所述分段。在一個(gè)實(shí)施例中,分開(kāi)的指定數(shù)目個(gè)像素是10個(gè)像素。通過(guò)完成這些步驟,可消 除堆疊晶片的缺陷區(qū)域中的小分段且可增加計(jì)算速度。雖然分段可減小分辨率,但是可通 過(guò)對(duì)彎曲的分段行進(jìn)行特別關(guān)注來(lái)避免分辨率損失。例如,可將相鄰彎曲分段合并為半圓 或其它一般的輪廓。
[0053]邊緣提取算法還可包含基于所捕捉圖像中的像素大小與堆疊晶片之間的已知關(guān) 系來(lái)測(cè)量分段??蓪?duì)一個(gè)分段或全部分段計(jì)算測(cè)量??梢匀魏未涡驁?zhí)行這些計(jì)算,或可按鏈 式碼方向的次序執(zhí)行所述計(jì)算??墒褂眯涡木嚯x及分段獨(dú)立性確定適當(dāng)?shù)亩鄬?duì)測(cè)量。
[0054] 其它方法可包含基于投射的算法,其中堆疊晶片表面之間的界標(biāo)位置是通過(guò)分析 相鄰分段之間的過(guò)渡區(qū)域中的邊緣軌跡點(diǎn)而確定。例如與邊緣軌跡所成的局部正切角、邊 緣點(diǎn)的逐行逐列計(jì)數(shù)、沿過(guò)渡區(qū)域中的點(diǎn)的最小曲率半徑的屬性可用來(lái)精確地查明受檢驗(yàn) 晶片上的所關(guān)注關(guān)鍵點(diǎn)。一旦檢測(cè)到所需界標(biāo)的集合,可測(cè)量各種計(jì)量距離,例如總高度、 裝置晶片高度、載體晶片高度、插入物寬度、底切寬度/高度、過(guò)量膠尺寸(寬度/高度/體積) 等等。
[0055] 可比較所獲取測(cè)量與預(yù)定測(cè)量,例如載體高度、裝置高度、插入物寬度、載體高度 公差、裝置高度公差、載體邊緣突出閾值及裝置邊緣突出閾值。這些結(jié)果可在報(bào)告或圖形用 戶接口(GUI)中顯示給操作者。所述結(jié)果可基于這些比較而簡(jiǎn)化為"通過(guò)"或"失敗"。
[0056] 可匯總每一輪廓剪影的比較以提供晶片級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),例如直徑、中心偏移、厚度、 平均總高度、平均裝置高度、平均載體高度、最小質(zhì)量因子、全部底切高度的最大值、全部底 切寬度的最大值、裝置邊緣突出的最大值、載體邊緣向下突出的最大值及載體向左突出的 最大值。
[0057] 以下是根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢驗(yàn)算法的示范性實(shí)施例。
[0058] A.邊緣提取算法接收或檢索堆疊晶片的一或多個(gè)輪廓剪影圖像。所接收或檢索圖 像可呈可由算法讀取且由圖像捕捉裝置(例如圖1中的檢測(cè)器105)產(chǎn)生的文件格式。輪廓剪 影圖像可取自堆疊晶片的圓周上的各個(gè)位置。邊緣提取算法打開(kāi)一或多個(gè)圖像。每一圖像 可在邊緣提取之前加以操控。例如,圖像可基于檢測(cè)器的定位而水平或垂直翻轉(zhuǎn)。可執(zhí)行其 它操控,例如調(diào)整圖像的對(duì)比度或應(yīng)用各種濾波器以從圖像移除噪聲。
[0059] B.邊緣提取算法檢測(cè)堆疊晶片側(cè)影的邊緣。在一個(gè)實(shí)施例中,可分析每一圖像的 像素??烧?guī)化每一像素的屬性(例如顏色、亮度或色調(diào))使得每一屬性位于從0到100的比 例中。可通過(guò)基于正規(guī)化屬性選擇0或1的像素值"閾值化"所述圖像。
[0060] C.邊緣提取算法對(duì)圖像執(zhí)行形態(tài)學(xué)運(yùn)算。在一些實(shí)施例中,可對(duì)圖像執(zhí)行腐蝕及/ 或膨脹。例如,可施加位屏蔽,例如3x3位屏蔽
可多次施加所述位屏蔽。形態(tài)學(xué)運(yùn) 算可通過(guò)將邊緣接合在一起來(lái)閉合所檢測(cè)邊緣中的間隙。可完全移除短邊緣。邊緣提取算 法還可填充不能從圖像的邊緣到達(dá)的圖像的區(qū)域。以此方式,邊緣提取算法填充由邊緣檢 測(cè)過(guò)程引起的孔及假影。
[0061] D.邊緣提取算法可通過(guò)例如使用如鏈?zhǔn)酱a算法的算法來(lái)檢測(cè)及編碼堆疊晶片側(cè) 影的邊緣。一旦確定側(cè)影的邊緣的鏈?zhǔn)酱a,對(duì)于由鏈?zhǔn)酱a編碼的定向,分段可被濾除或接合 在一起。這可通過(guò)產(chǎn)生二進(jìn)制矩陣而進(jìn)行,其中一個(gè)軸對(duì)應(yīng)于鏈?zhǔn)酱a值且另一軸對(duì)應(yīng)于開(kāi) 始于邊緣檢測(cè)算法的起點(diǎn)到邊緣末端的邊緣的像素。在一個(gè)實(shí)施例中,可執(zhí)行膨脹以接合 分離達(dá)一半像素的距離的分段。可計(jì)算分段的形心且可合并分段。在一個(gè)實(shí)施例中,如果連 續(xù)分段在X軸或y軸上分開(kāi)小于10個(gè)像素,那么可合并所述連續(xù)分段??芍匦掠?jì)算經(jīng)合并分 段的形心且將其與其它分段的形心進(jìn)行比較。
[0062] E.邊緣提取算法還可包含基于所捕捉圖像中的像素大小與堆疊晶片之間的已知 關(guān)系來(lái)測(cè)量分段??蓪?duì)一個(gè)分段或全部分段計(jì)算測(cè)量。例如局部切線斜率、沿邊緣軌跡的局 部曲率、投射在水平及垂直軸的邊緣點(diǎn)的計(jì)數(shù)的屬性可用來(lái)確定標(biāo)記堆疊晶片中的表面的 過(guò)渡及接合材料(膠)的關(guān)鍵界標(biāo)??杀容^所獲取測(cè)量與預(yù)定測(cè)量,例如載體高度、裝置高 度、插入物寬度、載體高度公差、裝置高度公差、載體邊緣突出閾值及裝置邊緣突出閾值。這 些結(jié)果可在報(bào)告或圖形用戶接口(GUI)中顯示給操作者。所述結(jié)果可基于這些比較而簡(jiǎn)化 為"通過(guò)"或"失敗"。
[0063]對(duì)于單個(gè)堆疊晶片可獲取多個(gè)輪廓剪影圖像。圖10是在堆疊晶片的周長(zhǎng)周圍獲取 的一系列示范性輪廓剪影邊緣輪廓。雖然圖10中說(shuō)明16個(gè)圖像,但是用戶可選擇輪廓剪影 圖像獲取位置的數(shù)目及放置。例如,可以全掃描總處理量在堆疊晶片的周長(zhǎng)周圍的上百個(gè) 點(diǎn)處獲取輪廓剪影。堆疊晶片可相對(duì)于光源或檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)。例如,控制器(例如圖1中的控制 器106)可隨著堆疊晶片在壓板上旋轉(zhuǎn)而獲取多個(gè)圖像。在圖10的實(shí)例中,堆疊晶片的周長(zhǎng) 周圍的檢驗(yàn)至少在22.5°、315°及337.5°處展示不適當(dāng)輪廓。
[0064] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。虛線中概述的步驟可為任選的。
[0065] 單個(gè)堆疊晶片上的多個(gè)點(diǎn)處的輪廓剪影圖像的獲取可提供額外或整個(gè)晶片反饋。 這可提供關(guān)于堆疊晶片的邊緣輪廓的更完整結(jié)論。
[0066] 可使用本發(fā)明的實(shí)施例檢測(cè)或測(cè)量中心性、接合特性、過(guò)量膠、底切、晶須、堆疊角 度或其它邊緣輪廓特性。在額外處理之前可識(shí)別經(jīng)不正確堆疊晶片且可例如防止損壞或污 染CMP工具或其它制造設(shè)備。本文中揭示的系統(tǒng)的實(shí)施例的檢驗(yàn)總處理量對(duì)于制造設(shè)備來(lái) 說(shuō)是足夠高的。堆疊晶片可為不規(guī)則或可具有先前或在制造設(shè)備中不可能精確地測(cè)量的復(fù) 雜形狀、鋸齒邊緣或高信噪比。實(shí)際上,其中測(cè)量先前不可能進(jìn)行的晶片堆疊可使用如本文 中揭示的輪廓剪影圖像而測(cè)量。
[0067] 本發(fā)明的實(shí)施例可確定或?qū)ふ冶碚髂z合及接合工藝的堆疊晶片誤差或差異。例 如,可提供晶片厚度、晶片中心性或輪廓信息。此信息可用作其它檢驗(yàn)工具或其它制造或晶 片處置工具中的輸入。
[0068]制造總處理量不一定受影響或可使用本發(fā)明的實(shí)施例最小化對(duì)制造總處理量的 任何影響。本文中揭示的計(jì)量及/或檢驗(yàn)過(guò)程可與其它過(guò)程并發(fā)地執(zhí)行。例如,本文中揭示 的計(jì)量及/或檢驗(yàn)過(guò)程可在檢驗(yàn)工具的設(shè)置期間執(zhí)行。當(dāng)然,本文中揭示的計(jì)量及/或檢驗(yàn) 過(guò)程還可單獨(dú)地執(zhí)行為獨(dú)立過(guò)程。
[0069] 輪廓剪影提供優(yōu)于亮場(chǎng)及暗場(chǎng)模式的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如,輪廓剪影從底切類型晶片 堆疊缺陷接收充足信號(hào),這不一定發(fā)生在亮場(chǎng)或暗場(chǎng)模式下。
[0070] 雖然已關(guān)于一或多個(gè)特定實(shí)施例描述本發(fā)明,但是將了解,在不脫離本發(fā)明的范 圍的情況下可作出本發(fā)明的其它實(shí)施例。因此,本發(fā)明被視為僅受限于所附權(quán)利要求書(shū)及 其合理解釋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種系統(tǒng),其包括: 光源,其經(jīng)配置以將準(zhǔn)直光引導(dǎo)在堆疊晶片的邊緣處; 檢測(cè)器,其經(jīng)安置成與所述光源相對(duì),其中所述檢測(cè)器經(jīng)配置以獲取所述堆疊晶片的 所述邊緣的輪廓剪影圖像;及 控制器,其操作性地連接到所述檢測(cè)器,其中所述控制器經(jīng)配置以: 接收所述輪廓剪影圖像;及 比較所述輪廓剪影圖像的特性與預(yù)定測(cè)量以檢驗(yàn)所述堆疊晶片的邊緣輪廓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述檢測(cè)器經(jīng)進(jìn)一步配置以獲取所述堆疊晶片的不同 位置的多個(gè)輪廓剪影圖像。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以使所述堆疊晶片旋轉(zhuǎn)的壓板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述堆疊晶片經(jīng)配置以相對(duì)于所述光源旋轉(zhuǎn)。5. -種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其包括用于在一或多個(gè)計(jì)算裝置上執(zhí)行以下步 驟的一或多個(gè)程序: 接收堆疊晶片的邊緣的至少一個(gè)輪廓剪影圖像; 檢測(cè)所述堆疊晶片在所述輪廓剪影圖像中的側(cè)影的邊緣; 基于所述輪廓剪影圖像的圖像分析確定所述側(cè)影的所述邊緣的測(cè)量;及 比較所述側(cè)影的所述邊緣的測(cè)量與預(yù)定測(cè)量。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述檢測(cè)包括以下各項(xiàng) 中的一項(xiàng):基于搜索的檢測(cè)、基于零交叉的檢測(cè)、形態(tài)學(xué)檢測(cè)或分類檢測(cè)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述輪廓剪影圖像的所 述圖像分析包括一或多個(gè)形態(tài)學(xué)運(yùn)算。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述形態(tài)學(xué)運(yùn)算包括施 加位屏蔽。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其進(jìn)一步包括使用所述位屏 蔽將邊緣接合在一起。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述預(yù)定測(cè)量包括以下 各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):載體高度、裝置高度、插入物寬度、載體高度公差、裝置高度公差、載體 邊緣突出閾值及裝置邊緣突出閾值。11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其進(jìn)一步包括顯示所述比較 的結(jié)果。12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其進(jìn)一步包括匯總所述堆疊 晶片上的多個(gè)位置處的所述側(cè)影的所述邊緣的所述測(cè)量以使得所述堆疊晶片的信息被提 供。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述堆疊晶片的所述 信息包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):直徑、中心偏移、厚度、平均總高度、平均裝置高度、平均 載體高度、最小質(zhì)量因子、全部底切高度的最大值、全部底切寬度的最大值、裝置邊緣突出 的最大值、載體邊緣向下突出的最大值及載體向左突出的最大值。14. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其進(jìn)一步包括使用鏈?zhǔn)酱a算 法編碼所述側(cè)影的所述邊緣,其中所述鏈?zhǔn)酱a算法包括產(chǎn)生像素矩陣。15. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體,其中所述檢測(cè)包括以下各項(xiàng) 中的一項(xiàng):直方圖分析、分段分析或射線跟蹤算法。16. -種方法,其包括: 使用檢測(cè)器獲得堆疊晶片的邊緣的輪廓剪影圖像;及 使用控制器比較所述堆疊晶片的在所述輪廓剪影圖像中的側(cè)影的測(cè)量與預(yù)定測(cè)量。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中所述預(yù)定測(cè)量包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):載體 高度、裝置高度、插入物寬度、載體高度公差、裝置高度公差、載體邊緣突出閾值及裝置邊緣 突出閾值。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其進(jìn)一步包括使所述堆疊晶片旋轉(zhuǎn)及獲得沿所述堆 疊晶片的所述邊緣的不同點(diǎn)處的多個(gè)所述輪廓剪影圖像。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法,其進(jìn)一步包括匯總所述多個(gè)輪廓剪影圖像中的所述 側(cè)影的所述測(cè)量以使得所述堆疊晶片的信息被提供。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,其中所述堆疊晶片的所述信息包括以下各項(xiàng)中的至 少一項(xiàng):直徑、中心偏移、厚度、平均總高度、平均裝置高度、平均載體高度、最小質(zhì)量因子、 全部底切高度的最大值、全部底切寬度的最大值、裝置邊緣突出的最大值、載體邊緣向下突 出的最大值及載體向左突出的最大值。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK106030775SQ201580010430
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月25日
【發(fā)明人】H·法加里亞, S·喬納賓, B·里斯, M·馬哈德凡
【申請(qǐng)人】科磊股份有限公司