[发明专利]一种表面3D检测装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种表面3D检测装置及检测方法，该装置依次包括照明单元、偏振分束单元、多路光分束单元、多个相移板及探测器；照明单元产生的光束经偏振分束单元形成探测光束和参考光束；重合后的探测光束和参考光束分别经多路光分束单元分离为多路分支，每路分支对应一个相移板，使偏振方向相互垂直的探测光束和参考光束产生额外的相位差，之后再经过偏振合束器，使探测光束和参考光束具有相同偏振方向，从而在探测器表面产生干涉信号；每路分支中的相移板产生的额外的相位差不同。本发明不需要进行垂向扫描，可瞬间获取测量点的多个干涉信号，从而计算出视场内待测样品表面的高度信息，配合运动台的扫描，可快速实现大尺寸待测样品的表面3D检测。

技术领域

本发明涉及一种表面3D检测装置及检测方法。

背景技术

“超摩尔定律”等概念引领IC行业从追求工艺技术节点的时代，转向更多地依赖于芯片封装技术发展的全新时代。相比于传统封装，晶圆级封装(Wafer Level Packaging，WLP)在缩小封装尺寸、节约工艺成本方面有着显著的优势。因此，WLP将是未来支持IC行业不断发展的主要技术之一。

WLP主要包括Pillar/Gold/Solder Bump、RDL、TSV等工艺技术。为了增加芯片制造的良率，在整个封装工艺过程中都需要对芯片进行缺陷检测，早期的设备主要集中在表面2D的缺陷检测，例如污染、划痕、颗粒等。随着工艺控制要求的增加，越来越需要对表面3D特征进行检测，例如Bump高度、RDL厚度、TSV的孔深等。

目前业界实现表面3D测量的方法主要包括激光三角测量、激光共聚焦、干涉测量仪等，其中激光三角测量法可以采用Laser Line进行扫描，极大的提高了检测速度，但精度相对较低；激光共聚焦和干涉测量仪虽然能获得较高的垂向分辨率，但需要进行垂向扫描，检测效率较低，难以满足wafer全片扫描检测的需求。

发明内容

本发明提供一种表面3D检测装置及检测方法，以解决现有技术中的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种表面3D检测装置，沿光束传播方向依次包括照明单元、偏振分束单元、多路光分束单元、多个相移板以及探测器；所述照明单元产生的光束经所述偏振分束单元形成探测光束和参考光束；所述探测光束入射至待测样品表面后反射后再次进入所述偏振分束单元；所述参考光束入射至第二反射镜，经所述第二反射镜表面反射后再次进入所述偏振分束单元，并与经所述待测样品表面反射的探测光束重合；重合后的探测光束和参考光束分别经所述多路光分束单元分离为多路分支，每路分支对应一个相移板，使偏振方向相互垂直的探测光束和参考光束产生额外的相位差，之后再经过偏振合束器，使探测光束和参考光束具有相同偏振方向，从而在所述探测器表面产生干涉信号；所述每路分支中的相移板产生的额外的相位差不同。

较佳地，所述照明单元依次包括光源、准直扩束单元以及第一反射镜，所述光源发出的光束经过所述准直扩束单元后入射至所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射至所述偏振分束单元。

较佳地，所述光源采用汞灯、氙灯、卤素灯或激光光源。

较佳地，所述准直扩束单元包括依次设置的第一透镜和第二透镜。

较佳地，所述偏振分束单元还包括偏振分束器、第一1/4λ波片、第三透镜、第二1/4λ波片、第四透镜以及第五透镜，所述照明单元产生的光束经所述偏振分束器后分为偏振方向相互垂直的探测光束和参考光束，所述探测光束经所述第一1/4λ波片和第三透镜后，入射至运动台上的待测样品的表面，经所述待测样品的表面的反射后再次通过第一1/4λ波片，偏振方向旋转90°，并透过所述偏振分束器，经第五透镜入射至所述多路光分束单元；所述参考光束经所述第二1/4λ波片和第四透镜后，入射至第二反射镜，经第二反射镜反射后再次通过第二1/4λ波片，偏振方向旋转90°，经过所述偏振分束器发生反射，经所述第五透镜入射至所述多路光分束单元。

较佳地，所述照明单元与待测样品之间设有多个不同倍率的干涉物镜。