光学检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及一种光学检测装置及其检测方法。

背景技术：

为了提高半导体制程的良率，需独立地进行产品测试。例如，可利用激光扫描显微镜(laserscanningmicroscope，lsm)等光学扫描显微镜搭配使用固态浸没式透镜(solidimmersionlens，sil)来对半导体组件的待检测区域进行图像获取，以判断半导体组件的制造质量。一般而言，光学扫描显微镜会采用具可见光波长或红外光波长的检测光束来对半导体组件的待检测区域进行检测。然而，随着集成电路体积的缩减，采用上述检测光束进行检测的光学扫描显微镜其分辨率越来越不适于检测现今主流尺度的集成电路。举例而言，现今主流尺度的集成电路其线宽约为10纳米至50纳米，但采用可见光波长以及采用红外光波长的检测光束的光学扫描显微镜其分辨率极限分别约为100纳米以及180纳米，明显难以满足当今半导体组件的检测需求。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种光学检测装置，适于对样品进行检测，且此样品具有薄化区域。光学检测装置包括光源、光束引导结构、第一光传感器以及处理器。光源用以发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束。光束引导结构配置于激发光束的传递路径上。光束引导结构引导激发光束而照射在薄化区域上以使薄化区域反射激发光束，且光束引导结构适于接收被薄化区域反射的激发光束。第一光传感器配置于被薄化区域反射的激发光束的传递路径上。光束引导结构用以引导被薄化区域反射的激发光束至第一光传感器，且第一光传感器接收被薄化区域反射的激发光束以产生第一检测信号。处理器电耦接第一光传感器以处理第一检测信号。

本发明的其他实施例提供一种光学检测装置，适于对样品进行检测，且此样品具有薄化区域。光学检测装置包括光源、光束引导结构、第一光传感器、第二光传感器以及处理器。光源用以发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束。光束引导结构配置于激发光束的传递路径上。光束引导结构引导激发光束而照射在薄化区域上以使薄化区域反射激发光束而形成图像光束，且使激发光束激发样品而产生二次光线。光束引导结构适于接收图像光束以及二次光线。第一光传感器配置于图像光束的传递路径上。光束引导结构用以引导图像光束至第一光传感器，且第一光传感器接收图像光束以产生第一检测信号。第二光传感器配置于二次光线的传递路径上。光束引导结构用以引导二次光线至第二光传感器，且第二光传感器接收二次光线以产生第二检测信号。处理器电耦接第一光传感器以及第二光传感器以处理第一检测信号以及第二检测信号。

本发明的另一些实施例提供一种光学检测方法，适于对样品进行检测，且此样品具有薄化区域。光学检测方法包括：发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束；通过光束引导结构引导激发光束而照射在薄化区域上以使薄化区域反射激发光束；通过光束引导结构引导被薄化区域反射的激发光束至第一光传感器以接收被薄化区域反射的激发光束以产生第一检测信号；以及处理第一检测信号。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本发明的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1示出本发明一实施例的光学检测装置的光路示意图。

图2示出图1具有薄化区域的样品的示意图。

图3示出本发明另一实施例的光学检测装置的光路示意图。

图4示出本发明一实施例的光学检测方法的步骤流程图。

附图标号说明：

50：样品；

50a：薄化区域；

52：背面；

54：待检测的样品结构；

100、300：光学检测装置；

110：光源；

120：光束引导结构；

121：扫描式反射器；

122：偏振分光组件；

123：相位延迟组件；

124：第一波长选择组件；

125：第二波长选择组件；

126、127、128、129：透镜；

130：第一光传感器；

140：处理器；

150、350：第二光传感器；

160：多路复用器；

170：检测平台；

180：电路板；

ds1：第一检测信号；

ds2：第二检测信号；

eb：激发光束；

ib：图像光束；

s410、s420、s430、s440：光学检测方法的步骤；

sil：固态浸没式透镜；

sr、sr1、sr2：二次光线；

t1、t2：厚度。

具体实施方式

以下公开内容提供用于实作所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本发明。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。例如，以下说明中将第一特征形成在第二特征之上或第二特征上可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得第一特征与第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开内容可能在各种实例中重复参考编号和/或字母。这种重复是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为易于说明，本文中可能使用例如“之下(beneath)”、“下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个组件或特征与另一(其他)组件或特征的关系。空间相对性用语旨在除图中所示出的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。

图1示出本发明一实施例光学检测装置的光路示意图。请参考图1，在本实施例中，光学检测装置100包括光源110、光束引导结构120、第一光传感器130以及处理器140。光源110用以发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束eb，且光束引导结构120配置于激发光束eb的传递路径上。具体而言，光学检测装置100适于对样品50进行检测。光束引导结构120用以引导激发光束eb至样品50，且光束引导结构120也用以引导被样品50反射的激发光束eb至第一光传感器130。另外，处理器140电耦接第一光传感器130以处理来自第一光传感器130关于激发光束eb的检测信号以实现对样品50的检测。在本实施例中，光学检测装置100例如是但不限制为一种激光扫描显微镜(laserscanningmicroscope，lsm)，而适于获取样品50的图像。光源110例如是激光光源，且激发光束eb例如是但不限制为连续式激光(continuouswavelaser，简称cwlaser)光束或脉冲式激光(pulsedlaser)光束。在一些实施例中，激发光束eb的波长范围并不限于上述的波长范围，激发光束eb的波长范围可以例如是其他的紫外光波长范围或者是其他波长范围。

图2示出图1具有薄化区域的样品的示意图。请参考图2，在本实施例中，样品50的背面52面对激发光束eb，且光束引导结构120引导的激发光束eb由背面52来对样品50进行扫描，以获取例如是关于待检测的样品结构54的图像。详细而言，样品50例如是但不限制为半导体封装或其他种类的半导体组件，且待检测的样品结构54例如是但不限制为半导体结构。为了提高所获取图像的分辨率，需利用较短波长的激发光束eb来对样品50进行扫描。然而，倘若样品50为对于较短波长的激发光束eb具有较高的吸收率的半导体组件，则较短波长的激发光束eb会因样品50的厚度过厚而难以穿透样品50。因此，在本实施例中，样品50可以例如是具有经厚度缩减后的薄化区域50a，且薄化区域50a例如是位于样品50的背面52。样品50的薄化区域50a经厚度缩减后的厚度可使较短波长的激发光束eb易于穿透样品50而有效地进行检测。详细而言，样品50的薄化区域50a可例如是通过研磨的方式来进行厚度缩减，样品50的薄化区域50a经厚度缩减后厚度t2会小于样品50的初始厚度t1。举例而言，样品50的初始厚度t1可以例如是5微米，而样品50经厚度缩减后厚度t2例如是小于1微米，例如小于500纳米，本发明并不以此为限。

请继续参考图1并同时参考图2，在本实施例中，光束引导结构120引导激发光束eb照射在样品50的薄化区域上50a以使薄化区域50a反射激发光束eb。具体而言，光束引导结构120包括扫描式反射器121、偏振分光组件122、相位延迟组件123、透镜126以及透镜129。光源110发出的激发光束eb例如是具有线偏振方向，且此线偏振方向与激发光束eb的行进方向垂直。激发光束eb通过透镜126后传递至扫描式反射器121。扫描式反射器121例如是但不限制为扫描式反射镜(scanningmirror)，而可以将激发光束eb反射，并且通过转动而调整其反射面，借以调整激发光束eb的反射方向。详细而言，在本实施例中，扫描式反射器121用以调整激发光束eb传递至样品50的薄化区域50a上的位置。另外，举例而言，扫描式反射器121例如是振镜扫描式反射镜(galvanometricscanningmirror，gsm)，而可以沿着一轴向转动而调整其反射面，然而本发明并不以此为限。

在本实施例中，激发光束eb通过扫描式反射器121反射而依序通过偏振分光组件122以及相位延迟组件123。具体而言，偏振分光组件122例如是偏振分光棱镜(polarizationbeamsplitter，pbs)，而可以使具有一特定偏振方向的光束通过，并使具有另一特定偏振方向的光束反射。举例而言，偏振分光组件122例如是但不限制为可以使p偏振光通过，并使s偏振光反射。另外，相位延迟组件123例如是但不限制为四分之一波片(quarterwaveplate，qwp)。当激发光束eb通过相位延迟组件123时，激发光束eb会产生四分之一波长的相位延迟量。在本实施例中，偏振分光组件122可以使具有上述线偏振方向的激发光束eb通过。当通过偏振分光组件122的激发光束eb通过相位延迟组件123后，激发光束eb会例如是具有圆偏振态。

在本实施例中，激发光束eb依序通过偏振分光组件122以及相位延迟组件123后通过透镜129以及固态浸没式透镜sil而传递至样品50。激发光束eb照射在样品50的薄化区域50a上以使薄化区域50a反射激发光束eb而形成图像光束ib。详细而言，固态浸没式透镜sil可靠合于样品50的薄化区域50a的平整表面，而使光学检测装置100准确地对样品50进行检测。在本实施例中，光束引导结构120适于接收图像光束ib(即被薄化区域50a反射的激发光束eb)，且光束引导结构120用以引导图像光束ib至第一光传感器130。具体而言，图像光束ib由样品50的薄化区域50a发出后具有相同或类似于激发光束eb的偏振态。图像光束ib会通过相位延迟组件123并传递至偏振分光组件122。此时，相位延迟组件123使图像光束ib产生相位延迟，例如是产生四分之一波长的相位延迟量，而使得图像光束ib由圆偏振态转换为线偏振态，且图像光束ib的线偏振方向与光源110发出的激发光束eb的线偏振方向垂直。在本实施例中，第一光传感器130配置于图像光束ib的传递路径上。当图像光束ib传递至偏振分光组件122后，偏振分光组件122使激发光束eb反射而传递至第一光传感器130。

在本实施例中，照射在样品50的薄化区域50a的激发光束eb还会激发样品50而产生二次光线sr。具体而言，二次光线sr例如是激发光束eb通过光致发光(photoluminescence)而产生的二次光线sr，且二次光线sr的波长范围可以例如是可见光或红外光的波长范围。相较而言，图像光束ib的波长范围例如是相同于激发光束eb的波长范围。在本实施例中，光学检测装置100还包括第二光传感器150，配置于二次光线sr的传递路径上，且光束引导结构120也用以引导二次光线sr至第二光传感器150。

在本实施例中，光束引导结构120还包括第一波长选择组件124以及第二波长选择组件125。第一波长选择组件124配置于图像光束ib的传递路径上也配置于二次光线sr的传递路径上。第二波长选择组件125配置于扫描式反射器121与光源110之间，且第一波长选择组件124配置于第一光传感器130与第二波长选择组件125之间。具体而言，第一波长选择组件124以及第二波长选择组件125例如是分色组件(dichroicmember)，而可以反射特定波段的光束而允许其他波段的光束穿透，或者是允许特定波段的光束穿透而反射其他波段的光束。在本实施例中，二次光线sr通过相位延迟组件123而传递至偏振分光组件122。通过光致发光产生的二次光线sr在通过相位延迟组件123后，其包括具有一特定偏振方向而可被偏振分光组件122反射的第一部分，即二次光线sr1，以及包括具有另一特定偏振方向而可通过偏振分光组件122的第二部分，即二次光线sr2。具体而言，通过相位延迟组件123的二次光线sr的一部分(例如是二次光线sr1)在偏振分光组件122上发生反射而二次光线sr的其余部分(例如是二次光线sr2)通过偏振分光组件122。

在本实施例中，第一波长选择组件124例如是可以反射紫外光波长范围而允许其他波段的光束穿透。具体而言，反射的二次光线sr，即二次光线sr1，通过第一波长选择组件124而传递至第二光传感器150。另外，图像光束ib(即被反射的激发光束eb)适于在第一波长选择组件124上发生反射而传递至第一光传感器130。此外，图像光束ib以及二次光线sr1可以分别通过透镜127以及透镜128而调整其光束大小或是其他光学性质，以利于第一光传感器130以及第二光传感器150的接收。

此外，在本实施例中，第二波长选择组件125例如是可以反射红外光或可见光波长范围而允许其他波段的光束穿透。因此，光源110发出的激发光束eb适于通过第二波长选择组件125而传递至扫描式反射器121，而通过偏振分光组件122的二次光线sr，即二次光线sr2，会在第二波长选择组件125上发生反射。具体而言，通过偏振分光组件122的二次光线sr，即二次光线sr2，依序通过扫描式反射器121、第二波长选择组件125以及第一波长选择组件124反射而传递至第二光传感器150。借此，通过偏振分光组件122的二次光线sr2也可以被引导至第二光传感器150，而可以有效利用二次光线sr，进而使第二光传感器150接收到具有较高光强度的二次光线sr，而提升光学检测质量。另外，具体而言，透镜126、127、128、129以及波长选择组件(如第一波长选择组件124以及第二波长选择组件125)的数量及其设置位置仅用以例示说明，并不用以限定本发明，其数量及设置位置可依据光学检测装置100不同的光学架构而加以调整。

在本实施例中，第一光传感器130接收被样品50的薄化区域50a反射的激发光束eb，即图像光束ib，以产生第一检测信号ds1。另外，第二光传感器150接收二次光线sr(包括二次光线sr1以及二次光线sr2)以产生第二检测信号ds2。处理器140分别电耦接第一光传感器130以及第二光传感器150，以分别处理第一检测信号ds1以及第二检测信号ds2。具体而言，处理器140可以根据第一检测信号ds1和/或第二检测信号ds2，配合扫描式反射器121的调整而将样品50待检测的样品结构54可视化。

一般而言，当采用光波长越短的检测光束以及搭配适当的光路结构来对样品50进行光学检测时，光学检测装置100所获取到的样品50图像的分辨率会越高。在本实施例中，第一光传感器130例如是紫外光传感器，其检测频率例如是但不限制为小于或等于1ghz。另外，用以检测样品50的激发光束eb其波长介于200纳米至300纳米，落于紫外光的波长范围。因此，具有紫外光波长的激发光束eb可以通过光束引导结构120的引导而实现高分辨率的光学检测，而可以满足当今小尺度的半导体组件的检测需求。具体而言，光学检测装置100会搭配具有高折射率以及高光穿透性，且采用具有良好导热效果的材质的固态浸没式透镜sil来进行光学检测。举例而言，当上述用以检测的激发光束eb搭配具有薄化区域50a的样品50以及孔径数值(aperturenumber，na)落在2.5的固态浸没式透镜sil时，光学检测装置100所获取到的样品50图像的分辨率可以达到45纳米。此分辨率超过采用可见光波长的检测光束的二倍，也超过采用红外光波长的检测光束的四倍。

除此之外，在本实施例中，配合经厚度缩减后具有薄化区域50a的样品50，例如是厚度小于500纳米的超薄硅(ultrathinnedsilicon，uts)，第一光传感器130接收到的图像光束ib可以具有较强的光强度，进而使得第一光传感器130产生的第一检测信号ds1具有较强的信号强度。因此，第一光传感器130产生的第一检测信号ds1具有较高的信噪比(signaltonoiseratio，snr)，使得根据第一检测信号ds1产生的样品50的图像更加清晰。

另外，在本实施例中，第二光传感器150例如是可见光或/及红外光传感器，且其检测频率例如是但不限制为大于或等于3ghz。在一些实施例中，第二光传感器150例如是可以接收波长落在500纳米至1550纳米波长范围的二次光线sr，且第二光传感器150的检测频率例如是大于或等于12ghz。第二光传感器150可以搭配锁定放大器(lock-inamplifier)而扫描出二次光线sr的光谱。因此，光学检测装置100可以通过接收二次光线sr而获取样品50的图像，并分析样品50的材料组成。详细而言，光学检测装置100可以例如是通过接收二次光线sr而检测样品50的待检测的样品结构54上的缺陷(defect)分布。

具体而言，光学检测装置100可以选择性地设置多路复用器160。第一光传感器130以及第二光传感器150分别电耦接至多路复用器160，且多路复用器160电耦接至处理器140。在本实施例中，处理器140可以通过多路复用器160选择接收来自第一光传感器130的第一检测信号ds1或是接收来自第二光传感器150的第二检测信号ds2。或者，处理器140也可以同时接收第一检测信号ds1以及第二检测信号ds2，本发明并不以此为限。具体而言，根据第一检测信号ds1所呈现的样品50的图像其分辨率较高。另外，第二光传感器150具有很高的检测频率，其检测灵敏度优于第一光传感器130。在本实施例中，光学检测装置100可以根据图像光束ib和/或二次光线sr搭配第一光传感器130和/或第二光传感器150，以对样品50的待检测的样品结构54进行检测，本发明并不以此为限。

在本实施例中，光学检测装置100还包括检测平台170以及电路板180，且电路板180设置于检测平台170上。样品50设置于电路板180并且与电路板180电性连接。具体而言，样品50的待检测的样品结构54例如是包括集成电路结构。光学检测装置100可以通过电路板180输入测试信号至待检测的样品结构54中，且测试信号可以例如是具有周期性的波形。当光学检测装置100获取到样品50的图像时，样品50的图像会呈现经输入测试信号后待检测的样品结构54的电性特征。举例而言，光学检测装置100可以针对特定晶体管测试其电性特征，以呈现此晶体管的电性表现，借以检测此晶体管的质量。

图3示出本发明另一实施例的光学检测装置的光路示意图。请参考图3，图3实施例的光学检测装置300类似于图1实施例的光学检测装置100。光学检测装置300的构件以及相关叙述可以参考光学检测装置100的构件以及相关叙述，在此不再赘述。光学检测装置300与光学检测装置100的差异如下所述。在本实施例中，光学检测装置300包括第二光传感器350，且第二光传感器350例如是光谱仪(spectrometer)，而用以直接接收二次光线sr并扫描出二次光线sr的光谱。另外，在本实施例中，可以选择性地搭配如图1实施例的多路复用器160，以使处理器140通过多路复用器160选择接收来自第一光传感器130的第一检测信号ds1或是接收来自第二光传感器350的第二检测信号ds2。具体而言，光学检测装置300也可以实现高分辨率的光学检测，而可以满足当今小尺度的半导体组件的检测需求。

图4示出本发明一实施例的光学检测方法的步骤流程图。请参考图4，在本实施例中，所述光学检测方法至少可以应用于图1的光学检测装置100以及图3的光学检测装置300。具体而言，所述光学检测方法适于对样品进行检测，且此样品具有薄化区域。所述光学检测方法如下步骤。在步骤s410中，发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束。在步骤s420中，通过光束引导结构引导激发光束照射在薄化区域上以使薄化区域反射激发光束。接着，在步骤s430中，通过光束引导结构引导被薄化区域反射的激发光束至第一光传感器以接收被薄化区域反射的激发光束以产生第一检测信号。之后，在步骤s440中，处理第一检测信号。具体而言，本发明的实施例的光学检测方法可以由图1至图3的实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

综上所述，在本发明实施例的光学检测装置以及光学检测方法中，光源用以发出波长介于200纳米至300纳米的激发光束，且光束引导结构引导激发光束照射在样品的薄化区域上以使薄化区域反射激发光束。另外，光束引导结构适于接收被薄化区域反射的激发光束，且光束引导结构用以引导被薄化区域反射的激发光束至第一光传感器，以进行样品的薄化区域的光学检测。因此，具有紫外光波长的激发光束可以通过光束引导结构的引导而实现高分辨率的光学检测，而可以满足当今小尺度的半导体组件的检测需求。

以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本发明的各个方面。所属领域中的技术人员应知，他们可容易地使用本发明作为设计或修改其他工艺及结构的基础来实施与本文中所介绍的实施例相同的目的和/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本发明的精神及范围，而且他们可在不背离本发明的精神及范围的条件下对其作出各种改变、代替及变更。