專利名稱：雙凸固體浸入式鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于固體浸入式鏡頭，特別是關(guān)于可增加及最佳化光學影像與收集系統(tǒng)的空間解析度與集光效率的固體浸入式鏡頭。
背景技術(shù)：
光學空間解析度的定義是指一影像系統(tǒng)能明顯地分隔靠近置放的結(jié)構(gòu)的能力。光學解析度對處理諸如光學測量、微影印刷與天文應(yīng)用中的物件影像的人士而言更形重要。
在一理想世界中，光學影像元件須具有無限尺寸以使最大量的光可聚焦于待檢物件及/或由其收集。光的波本質(zhì)結(jié)合光學元件孔徑的限制導致了衍射(diffraction)——當光因不連續(xù)的散射而與來自其他范圍的光學元件傳遞來的光再結(jié)合而產(chǎn)生的光干擾現(xiàn)象。
在現(xiàn)實中，光學影像元件具有有限尺寸，且當光波行經(jīng)這些元件而后由這些元件的孔徑重新結(jié)合時即會發(fā)生衍射。實際上，光學系統(tǒng)中的空間解析度是受到光學元件有限孔徑的像差、視野與其材料性質(zhì)等而影響。
有許多因素需要了解與補償以獲得一光學系統(tǒng)的最佳效能。理想的光學元件應(yīng)不受不同波長(顏色)光的影響，因而不因色差而影響解析度與光學效能。這些元件理論上也應(yīng)不受靠近其軸(傍軸)處的光傳輸及聚焦，與進一步來自其軸的傳輸與聚焦。此徑向?qū)ΨQ元件的變異是稱為球面像差。這些像差、其類型及適當補償與最佳化光學影像系統(tǒng)的方法的回顧，可參考習知的光學教本。
以下將說明一光學元件，以及用以強化與增加對嵌于樣本材料內(nèi)影像物件與結(jié)構(gòu)的高解析度影像處理的解析能力及最小化像差修正的方法。
即使經(jīng)最佳化設(shè)計以適當?shù)靥幚硐癫钋沂箻O限降至最低的光學系統(tǒng)，也是有限孔徑尺寸而導致衍射的系統(tǒng)。因此，在此所針對的是為衍射限制(解析度只為衍射所限者)的光學系統(tǒng)。各種分析式已經(jīng)導出以定義一光學影像系統(tǒng)中一衍射限制系統(tǒng)的空間解析度。這些方程式與表示式全部關(guān)于照射光與該影像系統(tǒng)能力的基本性質(zhì)，以耦合樣本與由其收集光。例如，解析度分析式的一使用方法是定義一光學系統(tǒng)的側(cè)向空間解析能力，以解出能夠在一半圓錐θ0(圖10a)中聚焦與集光的一鏡頭的光柵周期T(1)T＝αλO/(n*sinθ0)其中λO是在真空中光的波長，而“n”是該媒體的折射系數(shù)(即對于空氣，n0＝1，λ＝λO在空氣/真空的光波長。對于折射系數(shù)為n的一媒體，λ＝λO/n)。正比常數(shù)α是由解析度標準所定義，即在常用的雷利(Rayleigh)解析度標準中α＝0.61，或在史巴羅(Sparrow)解析度標準中α＝0.5。關(guān)于該鏡頭數(shù)值孔徑(Numerical aperture，NA)的光圓錐的最大半角可依據(jù)(2)NA＝n*sinθ0因此可得到下列關(guān)系式(3)T＝αλO/(NA)，因此，增加空間解析度的努力將集中在增加NA或使用較短波長光中的一。增加NA可通過適當?shù)卦O(shè)計物鏡，以增加聚焦于該樣本或由其收集的光的立體角錐，而減低波長可通過使用一不同照射光源而獲利較短的波長(例如一雷射光源或一經(jīng)窄濾波的寬頻譜光源)。
在該待研究結(jié)構(gòu)是內(nèi)置于折射系數(shù)為n1的材料中的情況下，由于折射，該材料內(nèi)的半圓錐角(θ1)與在空氣中的半圓錐角(θ0)(圖10b)的關(guān)連如下列表示式(4)n0sin(θ0)＝n1sin(θ1)(圖10b)雖然(下凹)的圓錐角按一系數(shù)n0/n1減低，波長也將按相同的因子減低。因此NA守恒，而該影像系統(tǒng)的有效解析度維持未變。然而在空氣/真空介面處的偏離法線入射(軸)線彎曲導致球面像差與軸慧差(coma)，其終將減低影像的真實感與整體的解析度。
須注意的是在任何影像處理系統(tǒng)中，在檢測時使光耦合至樣本與由其收集的光最大化的能力，對該影像處理效能是具有關(guān)鍵性。由于在受關(guān)注的范圍能集中且收集到較多光將可轉(zhuǎn)換成較大的信號(信息)。當受關(guān)注范圍是內(nèi)置于一材料中時，由樣本折射而入射于關(guān)鍵角(θC＝sin-1(n0/n1))外的材料-空氣介面的光將折射回樣本內(nèi)(全內(nèi)反射)，而未能被收集。
總而言之，影像處理系統(tǒng)與內(nèi)置物件間的折射系數(shù)差別越大，焦點的圓錐角越小且全內(nèi)反射(由樣本損失的光)越高。因此，目標是在減低與補償鏡頭聚焦元件(即顯微鏡物鏡)與內(nèi)置物件間折射系數(shù)突然的轉(zhuǎn)變。最好是折射系數(shù)能“匹配”。
習知為補償解析度與集光的減低，介于物鏡鏡頭與樣本間的空氣間隙是填充折射系數(shù)能匹配該材料的一液體，稱之為“系數(shù)-匹配液體”。在許多為生物研究建構(gòu)的顯微鏡中，試件是置于折射系數(shù)(~1.5)接近該樣本的一覆玻片下。用以在覆玻片與內(nèi)置試件間“架橋”的系數(shù)-匹配液體將盡可能接近地匹配該折射系數(shù)。在此系數(shù)-匹配設(shè)置中的物鏡鏡頭也經(jīng)最佳化設(shè)計以通過該較高系數(shù)的液體處理影像。
以液體增強解析度是受限于使用液體的折射系數(shù)。硅的折射系數(shù)將近3.5，然而系數(shù)-匹配液體的折射系數(shù)將近1.6。如果移除該鏡頭與物體間的介面，則光學件的NA可完全利用透明固體材料較高折射系數(shù)的優(yōu)點。以硅為例，其折射系數(shù)是將近3.5。如果匹配該材料的折射系數(shù)是不可行(例如匹配折射系數(shù)的液體的可用性或操作上與實施上的考量)，“匹配”將可以一固體來達成。明顯地，一主要的“系數(shù)-匹配”候選材料是由與待測物件材質(zhì)相同的元件建構(gòu)成。
盡管固體系數(shù)匹配與液體系數(shù)匹配的目標是類似(增加進入與離開樣本的光耦合與收集)，但在整體光學系統(tǒng)的實施與限制上有主要的差別。鑒于液體是柔軟且易于填充鏡頭與物件間的間隙，固體浸入式元件則需經(jīng)設(shè)計以物理上適配與光學上匹配該影像處理系統(tǒng)。由于該平坦的樣本-空氣介面且目標為耦合最大立體角(不僅是延伸該光線進一步進入空間)，習知固體浸入式光學元件依其本質(zhì)設(shè)計為一平(與樣本的介面)與一對稱彎曲凸面(遠離樣本)。此曲面可為一圓柱狀(例如美國專利4,625,114號)或一球狀(例如美國專利4,634,234號)，且因為其曲率作用為一凸透鏡頭，因而適切的稱法為固體浸入式鏡頭(SIL)。該SIL極類似許多習知顯微鏡物鏡中的第一(由樣本處看)平凸聚焦/收集元件。鑒于液體匹配只是一光耦合機構(gòu)，固體浸入另具一固定聚焦的特點。
當然可兼用二種浸入式技術(shù)，意即使用固體浸入式鏡頭與系數(shù)匹配液體。上述技術(shù)的使用是例如揭露于美國專利3,524,694、3,711,186與3,912,378號，以及由Warren J.Smith所著“現(xiàn)代光學工程”(Mcgraw-Hill 1966年出版，第230至236頁)。對浸入式鏡頭更新的研討可在美國專利5,004,307、5,208,648與5,282,088號中獲得。為求適當了解本發(fā)明的新穎與優(yōu)勢的特點，特別央請讀者審視后三件專利，以及“固體浸入式顯微鏡”＿(M.Mansfield，史丹佛大學博士論文G.L.報告4949，1992年3月)。
傳統(tǒng)技術(shù)的固體浸入式鏡頭是平凸狀。意即底部表面(面向物件的表面對)是平的，而面向物鏡的頂面是凸面。第1a至1c圖顯示關(guān)于最后引述的三個浸入式鏡頭。在第1a至1c圖中，待影像處理的物件經(jīng)識示為100。第1a至1c圖有關(guān)可稱為垂直入射半球的習知固體浸入式鏡頭，其中圖1c是一等光程聚焦元件。
圖1a中顯示浸入式鏡頭110是一半球形。意即該平凸鏡頭的平面通過上部半球形表面的徑向幾何中心，GC。值得注意的是所有進入/離開的光線均垂直于凸面。在美國專利5,004,307號中描述的鏡頭110進一步研磨成圖1a中破折線111所示。此是為裝設(shè)用，但并不影響該半球狀鏡頭的光學性質(zhì)，如本發(fā)明者的一在其博士論文“固體浸入式顯微鏡”＿(M.Mansfield，史丹佛大學，1992年3月)中所解說。
另一方面，圖1b中所示的鏡頭120的平面通過該上部表面的徑向幾何中心(GC)的“上方”。應(yīng)注意的是，其設(shè)計使得其幾何中心是位于待處理影像物件內(nèi)部的焦點處。意即，鏡頭120是用以處理內(nèi)置于一透明物件100內(nèi)部的影像特征。為產(chǎn)生連續(xù)的折射系數(shù)，建議使用系數(shù)匹配材料125。在此設(shè)置中，在進入/離開點的光線均垂直于凸面(請注意在美國專利5,208,648號中所示光線是一不為90度的角度，然而，本發(fā)明咸信并非如此。例如，可比較5,208,648號專利與上文引述論文中的圖式)。
圖1c中顯示另一改變，其中該平面通過該鏡頭130的半徑幾何中心(GC)的“下方”。該平面的位置是取決于下列的折射系數(shù)該鏡頭、圍繞該鏡頭的材料以及待處理影像的物件。此一浸入式鏡頭是稱的為“等光程”鏡頭且是涵蓋于頒予Davidson的美國專利5,282,088號中，其是轉(zhuǎn)讓給本申請案的受讓人。在此設(shè)置中，光線在進入/離開點并不垂直于該凸面。如同簡易光循跡設(shè)計中可見，“等光程”的放大功率是比垂直入射半球要強。
在使用中，圖1a至圖1c中所示的鏡頭是“耦合”至經(jīng)影像處理的物件。意即鏡頭是“耦合”該物件以允許衰減波的連通。換言的，鏡頭是耦合至該物件以便其捕捉以高于關(guān)鍵角(關(guān)鍵角是內(nèi)部全反射發(fā)生的角)的角度在物件內(nèi)傳播的光線。如在傳統(tǒng)技術(shù)中所熟知，耦合可通過例如實際上接觸經(jīng)影像處理的物件、置放于非?？拷?至多達200納米)該物件或使用系數(shù)-匹配材料或液體。
傳統(tǒng)技術(shù)的浸入式鏡頭遭遇下列困難事項首先，由于該底部表面是平坦，將很難正確指出焦點的位置，意即很難特別明確地在物件上指出待影像處理的點。此在影像處理一極小物件時是一重要的課題，例如內(nèi)建于半導體(即硅或砷化鎵)裝置的電子電路。
其次，由于該底部表面是平坦，其具有一較大的接觸面積。意即如傳統(tǒng)技術(shù)中所熟知，不使用一系數(shù)匹配液體而欲匹配系數(shù)的一方法是簡單地使該浸入式鏡頭接觸待影像處理的物件。然而，當處理敏感的半導體影像時此接觸應(yīng)被最小化，以避免導致缺損(例如污染與刮痕)。
第三，由于該樣本的平面可能并非完全平坦(例如處理半導體的情形)，基本上該鏡頭平面與該樣本表面將只具有三點式接觸。因此，很難確保浸入式鏡頭在整個接觸范圍內(nèi)的平面是“平行”且光耦合樣本表面。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的一目的在提供一種浸入式鏡頭，其具體實現(xiàn)先前技藝浸入式鏡頭的優(yōu)勢，同時避免先前技藝浸入式鏡頭的某些缺點。
本發(fā)明的浸入式鏡頭可具有傳統(tǒng)技術(shù)浸入式鏡頭中的任何型式，特別是如第1a至1c圖中所示。然而，與傳統(tǒng)技術(shù)鏡頭相反的是，本發(fā)明的鏡頭具有一凸起的底部表面。意即，本發(fā)明的浸入式鏡頭是雙凸固體浸入式鏡頭，而非平凸式。
由于本發(fā)明的雙凸鏡頭具有一凸起的底部表面，其可準確地決定焦點位置。再者，凸起的底部表面使接觸待影像處理物件的點最小化，且避免該三點接觸的問題。此外，本發(fā)明的鏡頭通過在樣本上使用最小壓力而提供額外的耦合。


圖1a至圖1c顯示依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的三種固體浸入式鏡頭。
圖2a與圖2b圖顯示本發(fā)明的固體浸入式鏡頭的第一與第二具體實施例。
圖3顯示本發(fā)明的固體浸入式鏡頭的第三具體實施例。
圖4顯示本發(fā)明的固體浸入式鏡頭的第四具體實施例。
圖5例示一顯微鏡納入依據(jù)本發(fā)明具體實施例的固體浸入式鏡頭。
圖6顯示本發(fā)明的固體浸入式鏡頭的第五具體實施例。
圖7例示使用本發(fā)明的鏡頭在光學儲存應(yīng)用上。
圖8顯示依據(jù)本發(fā)明一代表性具體實施例使用本發(fā)明浸入式鏡頭及支持板的測試設(shè)備的通用構(gòu)形。
圖9顯示圖8中依據(jù)本發(fā)明一代表性具體實施例使用的測試設(shè)備的相關(guān)詳圖。
圖10a至圖10b顯示一般傳統(tǒng)技術(shù)的光學系統(tǒng)。
圖11是用于依據(jù)本發(fā)明具體實施例的二固體浸入式鏡頭中該接觸對施加作用力的關(guān)系圖。圖1a至圖1c顯示依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的三種固體浸入式鏡頭。
具體實施例方式
圖2a中顯示本發(fā)明雙凸浸入式鏡頭210的第一具體實施例。明確地說該頂部表面212是一徑向幾何中心位于GC的半球形凸面。底部表面214為凸面，但具有的曲率半徑遠大于該頂部表面。底部表面214的曲率半徑大小是比頂部表面212例如大上約10倍。底部表面214的最低點通過該頂部表面的徑向幾何中心GC。
使用時，有益的是使該底部表面的最低點接觸待影像處理的物件，而該底部表面的周邊距其約零點幾納米。然而，使用的鏡頭210也可距離物件至多約200納米，其中該間隙可填以空氣或是系數(shù)匹配材料或液體。在此設(shè)置中，而該底部表面的周邊與物件的距離比該最低點要再遠約零點幾納米。
由于圖2a中具體實施例該底部表面214是一凸面，其具有一小且被界定為與物件的“接觸點”。請注意即使該鏡頭未接觸該物件，幾乎全部在該鏡頭與物件間傳輸?shù)姆淠芰繉⑼ㄟ^該鏡頭凸起底部表面214的最低點，在此并非很嚴謹?shù)亟缍椤敖佑|點”。該小且被界定的接觸點可用于準確地決定物件上待影像處理的點。另外，其可最小化該鏡頭與物件間的物理交互作用。
圖2b顯示圖2a的SIL經(jīng)修改后的具體實施例。值得注意的是，圖2b中的SIL具有斜緣215。該斜緣215有助于安裝在SIL支持座。依據(jù)制造圖2b中SIL的一方法，首先產(chǎn)生一半球體。其次該半球體的邊緣被切除而形成一斜緣。隨后該底部表面依需求輪廓的半徑加工以形成輪廓。雖然在此顯示的斜面只與圖2a的SIL相關(guān)，應(yīng)可容易了解所有在此顯示的本發(fā)明SIL均可具有此一斜面。
圖3中顯示本發(fā)明浸入式鏡頭另一具體實施例。在此具體實施例中，底部表面314是以與第2圖具體實施例相同方式設(shè)計，除了其通過頂部表面312的徑向幾何中心(GC)“上方”。此設(shè)置是特別適用于影像特征是內(nèi)置于一透明物件中的情形。明確言之，此設(shè)置是特別適用于影像特征是由一半導體的背面嵌入該半導體中的情形。此已例示于圖3中，其中標記300代表該基材，而標記302代表在基材中的特征。此影像處理設(shè)置是特別符合檢驗與分析“覆晶(flipchips)”。
圖4中顯示本發(fā)明另一具體實施例。在此具體實施例中，底部表面414亦以與第2圖具體實施例相同方式設(shè)計，除了其通過頂部表面412的徑向幾何中心(GC)“下方”。此設(shè)置也有利于檢驗內(nèi)置特征，特別是例如覆晶封裝集成電路的樣本，其中直接光學接取該電晶體與主動元件可經(jīng)由硅基材而達成。如上述說明，此設(shè)置的一優(yōu)勢是其允許介于頂部表面412與接物鏡頭(未顯示)間的一較大工作距離。
由以上說明應(yīng)可了解，本發(fā)明浸入式鏡頭的一優(yōu)勢是其提供一小而經(jīng)界定的“接觸點”，以致待影像處理的點可準確地決定。該小且被界定的接觸點也可最小化該鏡頭與物件間的物理交互作用。
該底部表面的曲率半徑可遠大于該頂部表面的曲率半徑。無論如何，該底部表面的曲率半徑應(yīng)小于待檢測表面。意即，如果待檢測表面是平面(即曲率半徑為無限大)，則該底部表面可具有任何小于無限大的曲率半徑。另一方面，如果待檢測的表面是曲面，則該底部表面的曲率半徑應(yīng)小于待檢測表面的曲率半徑。此經(jīng)示范于圖4中的破折線415，其例示基材400的一曲面。
為求有利的結(jié)果，鏡頭應(yīng)“耦合”(直接接觸)于物件以擷取衰減表面波。換言的，鏡頭應(yīng)耦合于物件以便其擷取在物件以高于關(guān)鍵角傳播的光線。耦合可通過SIL與待測物件間的物理接觸而達成。然而在某些應(yīng)用中，當施加一作用力于該SIL上以將其壓向待測物件上時，本發(fā)明的SIL可提供額外的耦合能力。
例如在淺溝結(jié)構(gòu)的顯微檢測中，受關(guān)注的范圍是內(nèi)置于薄且相當柔軟的樣本中。特別是在半導體集成電路光學量測中，樣本通常薄至約50至150微米。在覆晶封裝中，這些樣本是被焊接在通到不平坦(起伏狀)且須適應(yīng)該結(jié)構(gòu)的一焊接物陣列上，而不能犧牲該集成電路的電氣效能。使用本發(fā)明的SIL，可施加最小的力于SIL上以達到增強收集效率。圖11顯示一雙凸SIL與一典型薄(由500~600微米至約120微米)覆晶集成電路樣本的需求作用力與接觸直徑(面積)間的關(guān)系圖，其中二SIL具有不同表面曲率。對于1毫米接觸面積的極小作用力顯示出樣本柔軟的本質(zhì)。
為求最佳光耦合與影像處理的結(jié)果，浸入式鏡頭的折射系數(shù)應(yīng)與待影像處理的物件匹配。當待測物件為玻璃時適當材料的實例是首德(Schott)-58玻璃、首德LaKN-22及首德LaSF-9。在硅集成電路應(yīng)用中，由硅制成的鏡頭將提供一匹配的系數(shù)。
本發(fā)明的浸入式鏡頭業(yè)已應(yīng)用在覆晶的檢測中。明確言之，其已經(jīng)本發(fā)明人確定當使用一雙凸固體浸入式鏡頭通過接觸一覆晶的背側(cè)且施加一相當小的壓力以探測該晶片時，該晶片將稍微彎曲；因此有助于耦合該鏡頭至晶片。此彎曲業(yè)經(jīng)測試且成功地證明無損于該晶片，或改變其電性及/或動態(tài)(時域)特征。明確言之，具有下列尺寸的一雙凸鏡頭已經(jīng)制成-頂面半徑3毫米；-底部表面半徑~54毫米；-厚度/高度2.9毫米；-折射系數(shù)(硅)3.5。
以一正常非破壞性作用力壓向該晶片的頂面或是底部表面的一時可察覺適當?shù)鸟詈稀Ｒ虼?，可證明一具有曲度底部表面的SIL可增強由集成電路收集光的效率。當然，提供的這些尺寸僅是范例而非限制。
圖5例示納入圖3中依據(jù)本發(fā)明一具體實施例的浸入式鏡頭的顯微鏡。來自光源540的光束經(jīng)由鏡頭535加以準直，而后經(jīng)過一部份傳輸鏡530。準直后平行的光線于是被物鏡525帶至焦點而進入物件500內(nèi)的一點。在進入該物件之前，經(jīng)聚焦的射線通過浸入式鏡頭520。浸入式鏡頭520是耦合至該物件，以致衰減波能量可經(jīng)由該浸入式鏡頭向物件與向后傳遞。
離開物件頂部表面的光隨后被浸入式鏡頭520擷取(capture)。浸入式鏡頭520是由一高折射系數(shù)的(例如與樣本相同)材料制成，且是光機械地耦合至該物件。因此.此有效地增加(原先非SIL)物鏡525的數(shù)值化孔徑且可以大于該關(guān)鍵角的角度擷取在物件傳播的射線。因此，空間解析度可增加而較小尺寸的特征得以在該物件中被解析。
光線通過浸入式鏡頭520進入物鏡525，而后由鏡面530反射朝向偵測器545。偵測器545可為一適當?shù)臄z影機(即CCD或光導攝像管陣列)、一窺視鏡或兼具二者(使用習知的衍射及/或反射光學方式)。
應(yīng)了解圖5例示的顯微鏡可使用在此描述的任何本發(fā)明的浸入式鏡頭中。明確言之，圖4中經(jīng)修改的等光距鏡頭也可用以處理在一物件內(nèi)的影像。當需要處理在物件表面的影像特征時，可使用圖2的鏡頭。
本發(fā)明鏡頭的一變化示于圖6。明確言之，圖6中的浸入式鏡頭具有一凸起的頂部表面612，類似第2至4圖中所示的鏡頭。該浸入式鏡頭的底部表面經(jīng)研磨以致其具有一小且界定接觸面的曲面618，且圍繞后斜面616。使用時，接觸曲面618是通過接觸該物件或非常靠近該物件(即在至多200納米內(nèi))而耦合至該物件。該后斜面是經(jīng)設(shè)計位于該接觸點上約零點幾納米以產(chǎn)生間隙615。該后斜面可為具斜度(如圖示)或平的。在此實例中，接觸曲面618是凸面且具有的曲率半徑較小于頂部表面612。
本發(fā)明的SIL的另一應(yīng)用是光學數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)。在光學數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)(諸如CD、CD-ROM與DVD)中也需求高數(shù)值化孔徑，其可增強由儲存系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)且允許增加數(shù)據(jù)密度。此一系統(tǒng)是例示于圖7中。明確言之，該記憶體媒體的型式是一基材700與讀/寫面705，其可包括習知方式的坑與相位轉(zhuǎn)移特性。一具有任何本文描述型式的浸入式鏡頭720是用以收集由該媒體反射的光線且轉(zhuǎn)送到物鏡730。浸入式鏡頭可堅實地或彈性地耦合至一單一讀取或讀/寫頭結(jié)構(gòu)中的物鏡。該單一結(jié)構(gòu)是被承載于媒體上方由媒體旋轉(zhuǎn)的氣流所產(chǎn)生的一氣墊上。圖7中該氣流是由箭頭740所表示。
圖8顯示依據(jù)本發(fā)明一代表性具體實施例的測試裝置的一般構(gòu)造，而圖9以稍微放大的圖式顯示相關(guān)細節(jié)。此測試裝置特別利于影像處理，且特別是用于覆晶的切換(動態(tài)與定時)與其他測試的分時發(fā)光(光的熱電子收集)。覆晶800(圖9中為900)是裝設(shè)于承載器810(未顯示于圖9)以提供電氣連接。如圖9所示，覆晶900至少包含一透明絕緣基材層903、一第一主動層905(諸如該電晶體的來源/漏極擴散層)與其他裝置層907(諸如金屬內(nèi)部連接層)。對于定時測試，該第一主動層905是受關(guān)注的一層，而光學系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)以使該主動層905位于焦點平面。
如圖8進一步顯示，浸入式鏡頭820是位于一承載器840內(nèi)且是由附接件825彈性地支持。在圖8的具體實施例中，承載器840包括一具有高度拋光底部表面的滑動面844，其延伸至該浸入式鏡頭的底部表面稍微上方處。為進一步解說此特征，請參考圖9中所示對此特征的一放大圖式。明確言之，在圖9中該承載器940本身即作為一滑動板?；诖死碛?，其底部表面是經(jīng)高度拋光且延伸至該浸入式鏡頭920底部表面922上方。如第8與9圖所示，冷卻流道(845、945)是形成于承載器(840、940)內(nèi)，而流體將經(jīng)由軟管或管線(850、950)供應(yīng)至該流道。該冷卻流體可為用以由該覆晶消散熱量的氣體或流體。
依據(jù)一操作方式，該承載器的一底部表面被引導至接觸覆晶的一底部表面，且用以滑置該浸入式鏡頭于晶片上，以便定位于適當位置供測試。此特征的第一優(yōu)勢是鏡頭的底部表面與晶片表面是以機構(gòu)維持固定。此特征的第二優(yōu)勢是可避免浸入式鏡頭底部表面對晶片的刮痕與磨損。第三優(yōu)勢是該承載器可消散來自受測試裝置的熱量。
另一方面，由于鏡頭的底部表面并未接觸覆晶的表面，光耦合并非最佳。因此，在一替代性具體實施例中，該SIL的底部表面延伸至承載器底部表面上方。使用此配置，該SIL是“取放”于覆晶上的各位置，且不滑動以避免刮痕。
請回顧圖8以進一步解說該測試裝置的操作。為在待測裝置上移動該浸入式鏡頭由一點至另一點，承載匣840是連接至一x-y-z臺架860上?？深A期為了能大幅移動，承載匣840將由該裝置提升，移至新位置而后再降低以接觸該裝置。為能精密校準，該承載匣可被移動以橫越裝置的表面，或該鏡頭可被“取放”于一新位置上。應(yīng)了解可通過將光學鏡頭附接至一固定結(jié)構(gòu)，而后將該待測裝置附接至一x-y-z臺架上而達到相同的功能。
本發(fā)明另一特征將在此描述。明確言之，如圖9所示，一小凹穴是形成于浸入式鏡頭與待測裝置表面909間。如果浸入式鏡頭的底部表面922與該裝置的底部表面909間的距離很小(例如至多到200納米)，可留下只含有空氣的此凹穴。然而，在替代性實施例中，此凹穴中具有系數(shù)匹配流體。此可增強測試裝置的影像處理能力，且有助于減低承載匣移動時的磨擦。實際上，可預見系數(shù)匹配流體將提供于裝置表面909上，隨后該承載匣將被降至裝置上。
在一具體實施例中，鏡頭之上凸面經(jīng)涂布以一抗反射材料。由于該鏡頭的設(shè)計使所有光線以90度角進入/離開頂部表面，涂布將十分簡單，因為在整個凸面上涂布層的厚度均應(yīng)相同。
雖然本發(fā)明是參考特定具體實施例加以描述，然本發(fā)明并不受限于這些具體實施例。明確地說，各種變化與修改可由一般熟習本技藝者實施而不脫離如所附的權(quán)利要求中界定的本發(fā)明精神與范疇。
權(quán)利要求
1.一種雙凸浸入式鏡頭，其至少包含一頂部凸面，具有一第一曲率半徑；及一底部凸面，具有一第二曲率半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述第二曲率半徑大于所述第一曲率半徑。
3.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述第二曲率半徑至少大于所述第一曲率半徑10倍。
4.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過該頂部表面的徑向幾何中心。
5.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的上方。
6.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的下方。
7.如權(quán)利要求2所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心。
8.如權(quán)利要求2所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的上方。
9.如權(quán)利要求2所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的下方。
10.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述頂部凸面更包含一抗反射涂布層。
11.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中更包含一后斜面圍繞所述底部表面。
12.如權(quán)利要求1所述的雙凸浸入式鏡頭，其中所述鏡頭至少包含硅。
13.一種用于檢驗一物件的顯微鏡，其至少包含一物鏡；及一雙凸浸入式鏡頭，其至少包含一頂部凸面與一底部凸面。
14.如權(quán)利要求13所述的顯微鏡，其中所述浸入式鏡頭是耦合至所述物件。
15.如權(quán)利要求13所述的顯微鏡，其中所述浸入式鏡頭的該底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心。
16.如權(quán)利要求13所述的顯微鏡，其中所述浸入式鏡頭的所述底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的上方。
17.如權(quán)利要求13所述的顯微鏡，其中所述浸入式鏡頭的該底部表面通過所述頂部表面的徑向幾何中心的下方。
18.一種浸入式鏡頭，其至少包含一頂部凸面；及一底部表面，具有一實質(zhì)上小且經(jīng)界定的接觸點。
19.如權(quán)利要求18所述的浸入式鏡頭，其中所述底部表面更包含一后斜面圍繞該接觸點。
20.如權(quán)利要求19所述的浸入式鏡頭，其中所述接觸點具有的一曲率半徑不同于所述頂部表面的曲率半徑。
21.如權(quán)利要求20所述的浸入式鏡頭，其中所述接觸點具有的一曲率半徑至少大于所述頂部表面的10倍。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種雙凸固體浸入式鏡頭。與傳統(tǒng)平凸固體浸入式鏡頭具有一平底面不同的是，該揭示的鏡頭具有一凸底部表面。該底部表面的曲率半徑是小于待檢物件。此構(gòu)造可較準確地決定待檢特征的位置，且增強浸入式鏡頭與待檢物件間的光耦合。在此揭示的鏡頭特別適用于檢測半導體裝置，且特別是覆晶(或晶片等級)封裝裝置的顯微鏡。此浸入式鏡頭也可用于光學記憶媒體的讀取或讀/寫頭中。
文檔編號G11B7/12GK1610843SQ02822785
公開日2005年4月27日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者派克德門·奈德, 詹姆士·S·維克斯 申請人:亞帕托尼克斯公司