光学地检查多层集成电路晶片的方法和设备技术

借助于一对相对地且倾斜地，以对于晶片表面及垂线成一倾斜角引导的激光光束以使携载导线图形的一光阻材料层发荧光，来对半导体晶片、电路板及类似多层结构进行高速的光学检查，其中的缺陷将被检查出，并最好使用一时间－延迟－集成ＣＣＤ成象照相机用于记录加重了其上的非发荧光导线图形的一荧光表面图象，同时遮蔽来自下层的所有光。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体结构等类似物，例如多层晶片、芯片、电路板等的光学检查，更具体地，但非排他地，涉及对缺陷或人工产物(artifact)等的高速检查，及在其中采用选择性的层发荧光，有助于优先的有区别的或有选择的成像这样的结构的预定的表面或层或部分。背景在授予Yamanaka等人的美国专利5,278,012中，描述了为了遮盖在一多层半导体晶片或芯片或类似物的受控的平坦的表面上沉积的导体图形，从而对其下的层进行遮蔽，使用该层半导体晶片或芯片或类似物的一激光束激发的发荧光的顶部介电层；且通过在我的共有未决的1997年6月23日递交的美国专利申请08/880,836，题为“用荧光散射顶层识别光学地检查多层电子部件及类似物的方法和设备”中描述的技术，实现了进一步的改进，使用粗糙的或随机地崎岖不平的层或表面及凸出角度导体实现这样的技术。已被教导在用于其他目的的检查系统，例如发荧光环氧电路板中使用荧光来实现忽略在可见光谱中具有高对比度的结构中的粒状金属导体(Orbot公司及其他公司的设备)。但未解决消除下层图象的问题。(Hughes公司)还建议使用电视摄像机来使操作员可进行观看，以确定是否向各晶片施加保护层(resist)或去除了各晶片上的保护层作为过程控制的手段，如在文章“High ThrougnoutInspection Tool For Photoresist Patterning(用于光阻材料构型的高通量检查工具)”中所述，Semiconductor International(国际半导体)，1997年9月。另一方面，本专利技术解决了对于各晶片的保护层图形中的所有缺陷，例如发线短路、针孔、错误的线宽或间隔或组织，及对于构型的保护层中的其他缺陷，自动地执行各晶片的完整表面的百分之百高速扫描检查的很多严格及困难的问题。而且，本专利技术是通过对整个晶片表面包括缺陷(不象所述文章的电视大视野隅角检查中的，可表示所看图象的仅一小片断)的光阻材料荧光和自动图象分析的一种新颖的技术而这样做的。例如，本专利技术实现了对一或两象素的针孔缺陷的检测，而这种缺陷在所述文章的技术中的发荧光保护层的大的亮视场中不能被检测到。本专利技术还允许对晶片图形是否符合设计原则(称之为良好的参考图象)、该晶片上的相邻电路图形或类似物进行自动分析，用以检查正确的图形形态。专利技术目的因此，本专利技术的一个目的在于提供一种用于实现多层晶片、芯片及其他半导体和类似装置的高速光学扫描检查的新的改进的方法和设备，其不应受到上述现有技术限制；相反，应实现在各晶片层的制做过程中对光阻材料的有缺陷及无缺陷沉积的自动的总体的检查，精确地确定期望的导体和其他电路结构在其上及不在其上的位置。本专利技术的另一目的在于提供一种新技术，其实现保护层图形的自动或半自动检查以验证正确的图形几何图形，并检测例如开口、短路、刻痕、凸出等缺陷，以及还有在后述的金属减去过程中的驻留的未去除的或未显现的保护层碎渣(scum)，可防止在金属附加过程中的可导致短路及凸出型缺陷的酸蚀刻期间的金属的适当的去除，如在后面更加完整说明的，可防止第二层更重的金属被沉积或化学地结合至该碎渣下面的基底金属上，导致空隙或断裂。本专利技术的再一目的在于当将光阻材料沉积在金属层上且在蚀刻下面的金属之前，提供这样一种检查以在蚀刻之前在制做的保护层施加台中进行修补。本专利技术的再一目的在于提供一种更加通用的新的改进的激光感生发荧光光阻材料检查系统。其他的目的将在下文中进行说明并在后附的权利要求中更加全面地指出。概述总之，从其重要的装置方面之一来说，本专利技术包括设备，用于光学地检查在一多层集成电路晶片及类似物的顶层上的不透光的导线图形，除了在下层上的图形外，其中这些导线图形被形成在响应于预定频率的激光发荧光的一材料的这样的一顶层上且其中发荧光频率不同于该预定频率，所述设备具有组合的用于生成并沿着自该层的相对侧以与其相对倾斜的角度射出的一对光束，引导所述预定频率的激光到所述顶层上的装置；用于光学检查响应于该对光束引导至其上而从顶层发荧光的所述不同频率的光，产生遮蔽下层的一被照明的顶层发荧光背景且在其上该些导线图形呈现为暗线的装置；用于调节该对激光光束的运行以避免可能产生频率差拍的严格的频率相干的装置；及用于调节该对光束的所述相对倾斜的角度以消除在可能被误表现为暗导线的线之间的相邻导线的近侧边之间的暗阴影区的生成的装置。从一更广的观点看，本专利技术还包括一种方法，用于光学地检查在一多层集成电路晶片及类似物的顶层上的不透光的导线图形，除了在下层上的图形外，该方法包括在响应于预定频率的激光发荧光的一材料的这样的一顶层上形成该导线图形且其中发荧光频率不同于该预定频率；以与所述层成一倾斜角将所述预定频率的激光引导到该层上；光学检查响应于该激光引导至其上而从顶层发荧光的所述不同频率的光，产生遮蔽下层的一被照明的顶层发荧光背景且在其上这些导线图形呈现为暗线；及调节所述倾斜角以使在可能被误表现为暗导线的线之间的相邻导线的近侧边之间的暗阴影区的生成最小化。以下详细地描述优选的及最佳方式设计及细节。附图现将参照附图对本专利技术进行描述，其中附图说明图1A是具有一光阻材料—金属导体图形非均匀表面的一多层半导体晶片的一白光反射的图象；图1B是根据本专利技术的方法和设备产生的同一晶片的荧光图象，示出了加重该导线图形以被检查为暗阴影线的发荧光保护层的有效遮蔽亮背景；图2A和2B是这些晶片的通孔区的分别类似于图1A和1B的示意图；图3(a)-(e)是通过一正保护层附加过程的在晶片的制做中的连续步骤的概略性纵向截面图；图4(a)-(e)是为对于一负保护层减去过程的类似步骤的示意图；图5(a)-(e)是对于一正保护层的带有附加和减去过程的类似步骤的示意图；图6是一光学激光束狭缝形成示意图；图7是用于使用被倾斜地引导至晶片表面上的一对相对地引导的荧光激发激光束的一优选的光学检查设备的概略性光路示意图；图8和9是TDI-CCD象素传感器阵列的示意图；图10是一改型的类似于图7的视图；图11也是另一改型的类似于图7的视图，但采用更多结构式而更少图解式的形式；及图12是一自动检查系统的方框图。本专利技术的优选实施例在对采用以本专利技术为基础的新的检查方法或技术的优选的设备之前，首先观察半导体结构是如何被制做是有用和重要的，通过自动或机器光学检查检测显现的光阻材料一导线图形蚀刻中的可能的缺陷是重要的。介绍如先前说明的，半导体晶片及类似物由一或多层传导(金属)材料构成。各层的制做要求沉积光阻材料以确定这些电路结构将被放置的位置。如先前说明的，荧光可被使用以检查光阻材料图形。当光阻材料被沉积在金属上时，本专利技术使得该保护层图形在对下面的金属进行蚀刻之前被进行检查。可在保护层台中对缺陷进行修补；而在蚀刻后这样做会更加困难，或者是不可能的。被用于制做半导体的正和负保护层可被做得发出荧光，使得其下的表面不可见，可采用我的对于介电顶层的共有的申请中所述的方式。这些下部表面可经常具有在可见白光图象中产生暗色图形的一不均匀的布局，如在图1A和2A中所示。图1A和2A示出了在白光下的不均匀的金属导体表面上的一光阻材料的光学图象。为确保在该保护层的整个厚度上进行均匀的曝光，其必须在曝光频率上是相对透明的，通常在频谱的紫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对除了一多层集成电路晶片或类似物的下层上的图形以外的，在顶层上的不透光的导线图形进行光学检查的方法，包括有步骤：在响应于预定频率的一激光而发荧光的一材料的这样一顶层上形成这些导线图形且其中该发荧光频率不同于该预定频率；沿与该层成相对倾斜角从该层的相对侧投射的一对光束，将所述预定频率的激光引导到所述层上；光学地检查响应于该对光束引导到该层上而从该顶层发荧光的所述不同频率的光；产生遮蔽下层的一被照明的顶层发荧光背景且在其上的导线图形呈现为暗线；调节该对激光光束的运行以避免可能产生频率差拍的严格的频率相干；及调节该对光束的所述相对的倾斜的角度以消除否则可能被误显现为暗导线的这些线之间的相邻导线的近侧边之间的暗阴影区的产生。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特毕晓普，
申请(专利权)人：贝尔托尼科斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]