在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，前期的全自動(dòng)晶圓缺陷檢測(cè)技術(shù)非常重要。因?yàn)樵诤蠖说纳a(chǎn)流程中，通常會(huì)有多片晶圓粘合到一起，或者把晶圓粘合到不透明的材料上。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料對(duì)可見(jiàn)光都是不透明的，所以很難用可見(jiàn)圖像技術(shù)對(duì)粘合效果做表征或者檢測(cè)粘合表面的污染。近紅外檢測(cè)技術(shù)是在半導(dǎo)體工業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控一項(xiàng)有前途的新技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹近紅外成像檢測(cè)技術(shù)在MEMS工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的重要性！
MEMS的分選是*典型的應(yīng)用。MEMS是把微型機(jī)械部件、微型傳感器、微電路集成到一個(gè)芯片上；為確保MEMS的運(yùn)作，對(duì)其進(jìn)行缺陷檢測(cè)是至關(guān)重要的，但很多機(jī)械性能無(wú)法通過(guò)電氣或功能測(cè)試來(lái)確定。因?yàn)檫@些缺陷往往位于基板上或器件與封蓋晶圓之間連接的紐帶上，所以單純的可見(jiàn)光圖像檢測(cè)技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，近紅外檢測(cè)是作為一種無(wú)損的技術(shù)既可以檢測(cè)上下表面的缺陷，也可以檢測(cè)器件內(nèi)部的缺陷。理論上講，這種技術(shù)可以檢測(cè)所有的缺陷，例如，檢測(cè)顆粒（污染），蝕刻線和對(duì)齊標(biāo)記，結(jié)構(gòu)，完整性，空隙率以及燒結(jié)工藝的質(zhì)量，這里不再一一列舉。
缺陷的種類(lèi)以及檢測(cè)方法：
實(shí)驗(yàn)表明MEMS器件近紅外檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)MEMS生產(chǎn)過(guò)程中的一系列的重要缺陷。此外，MEMS器件近紅外檢測(cè)技術(shù)還能測(cè)量Bonding的晶圓片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
下面介紹幾種常見(jiàn)的缺陷：
顆粒
顆粒在晶圓上出現(xiàn)大致分為三個(gè)位置：頂部，底部，以及兩片晶圓中間。其中，第三種情況是*難檢測(cè)的，因?yàn)樽贤饣蛘呖梢?jiàn)光技術(shù)只能檢測(cè)分層之間位于頂部和底部的顆粒。在晶圓中間的顆粒，只有通過(guò)紅外圖像的方法才能檢測(cè)，這些顆?？梢酝ㄟ^(guò)紅外圖像看到；因?yàn)楣杵瑢?duì)紅外光是透明的，所以在明亮的背景中，暗點(diǎn)就是我們要檢測(cè)的顆粒物；有一些硅的碎片，因?yàn)楸砻鎯A斜角較大，也會(huì)有類(lèi)似的效果。但是這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)特定的算法，粒子可以與顯微結(jié)構(gòu)的背景和粘合劑區(qū)分開(kāi)來(lái)。
共晶/熔融粘合工藝
這種工藝，兩個(gè)晶圓片是直接bonding到一起，中間并沒(méi)有任何基底。因此，用這種bonding方式很少會(huì)出現(xiàn)滲入或滲出的現(xiàn)象。共晶/熔融粘合晶圓很少會(huì)分層，但是空隙仍然是需要考慮的重要因素。
精確定位間隙的位置，尺寸，甚至間隙厚度的能力，可以挑出存在空隙影響的晶粒，避免因?yàn)橐恍〔糠志Я４嬖诳障稄U了一整片晶圓；
燒結(jié)缺陷
在bonding的過(guò)程中由于用了采用燒結(jié)工藝，所以生產(chǎn)過(guò)程中焊點(diǎn)材料的內(nèi)部會(huì)存在各種各樣的缺陷：
空隙，例如大面積燒結(jié)中，焊點(diǎn)材料周?chē)諝饣蚱渌愇飿?gòu)成的空泡；
脫層(Delamination)
是指焊點(diǎn)材料和器件或晶圓之間的bonding不完全。脫層是很致命的問(wèn)題，因?yàn)樗?初是不會(huì)產(chǎn)生缺陷的，但是在器件工作中很可能出現(xiàn)失效的風(fēng)險(xiǎn)。而聲波檢測(cè)或X-射線檢測(cè)一般無(wú)法探測(cè)到脫層的結(jié)構(gòu)。
滲入現(xiàn)象
是指焊點(diǎn)材料滲進(jìn)晶粒的工作區(qū)域，可能改變器件的機(jī)械或者電氣特性。在功能測(cè)試的時(shí)候通常就可以確認(rèn)是否影響器件工作，但是仍然有部分滲入暫時(shí)不會(huì)影響性能，但是長(zhǎng)期來(lái)看會(huì)影響器件的可靠性；
滲出現(xiàn)象
就是焊點(diǎn)的寬度減小了，通常會(huì)在芯片的棱角處或者棱角附近；焊點(diǎn)變小將會(huì)帶來(lái)芯片提早失效的風(fēng)險(xiǎn)，而這種問(wèn)題，用超聲成像或者功能測(cè)試都無(wú)法檢測(cè)出來(lái)；
燒結(jié)效果檢測(cè)
Bonding晶圓片的方法有很多種，像共晶，融合，燒結(jié)等。在MEMS器件的燒結(jié)工藝中，通常需要一種特別的玻璃球夾在在兩片晶圓中作為焊點(diǎn)材料；這些玻璃球會(huì)通過(guò)絲網(wǎng)印刷或者噴涂工藝附著到晶圓的特定區(qū)域，然后在bonding過(guò)程中，通過(guò)特定的溫度和壓力，熔化焊點(diǎn)的玻璃球，從而把兩片晶圓bonding到一起。在Bonding工藝完成后，是無(wú)法通過(guò)可見(jiàn)光成像的方法來(lái)檢測(cè)bonding質(zhì)量的；而近紅外光能夠穿透硅片，所以在Bonding之后，近紅外成像能非常方便的檢測(cè)器件及Bonding過(guò)程的缺陷。
刻蝕線檢測(cè)
濕法化學(xué)刻蝕中，需要把晶圓泡到溶液中，所以沒(méi)有辦法檢測(cè)每一條刻蝕線，通常通過(guò)抽樣檢測(cè)來(lái)管控整個(gè)工藝流程。在刻蝕完成后，bonding之前做抽檢，可以得到較好的分辨率，但是需要昂貴的設(shè)備。刻線檢測(cè)主要是測(cè)試線寬，位置，與其他線的距離或者與對(duì)齊標(biāo)記的距離，其實(shí)可以在做其他紅外成像檢測(cè)的時(shí)候順便就完成。
對(duì)齊標(biāo)記檢測(cè)
對(duì)齊標(biāo)記在器件和晶圓上均有，通常在bonding之前，都已經(jīng)做了檢查，所以通常沒(méi)有做重復(fù)檢查。但是在bonding過(guò)程中，仍然可能存在誤差導(dǎo)致無(wú)法對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)榧t外成像技術(shù)可以穿透兩層硅片，所以在檢測(cè)器件和晶圓之間的對(duì)齊標(biāo)志的絕對(duì)位置的時(shí)候，同時(shí)就可以檢測(cè)相對(duì)位置，所以只需檢測(cè)兩個(gè)對(duì)齊標(biāo)記的重疊狀況及可以知道是否已經(jīng)對(duì)齊；
宏觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)
根據(jù)實(shí)際的分辨率，紅外檢測(cè)技術(shù)測(cè)量芯片內(nèi)有效區(qū)域的宏觀結(jié)構(gòu)。通常情況下，測(cè)量精度范圍從5到0.7um。雖然這不足以完全測(cè)量芯片的有效區(qū)域的質(zhì)量，但是它仍能確保這個(gè)階段這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有宏觀結(jié)構(gòu)上的缺陷。如果單獨(dú)用來(lái)檢測(cè)宏觀結(jié)果，可能不夠，但是如果作為一個(gè)附件，用于缺陷的初步篩選，這有效提升系統(tǒng)的附加價(jià)值；
我們所能提供的MEMS器件近紅外檢測(cè)技術(shù)
是利用窄帶的近紅外光的檢測(cè)技術(shù)。近紅外晶圓檢測(cè)系統(tǒng)需要一個(gè)固態(tài)光源，紅外光學(xué)系統(tǒng)，以及近紅外高速、高分辨率的成像傳感器。*近幾年，隨著固態(tài)光源技術(shù)及近紅外傳感技術(shù)發(fā)展，固態(tài)紅外光源的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，而且傳感器的靈敏度不斷提升，近紅外成像技術(shù)成為了一種有效檢測(cè)晶圓缺陷的手段。
近紅外檢測(cè)技術(shù)是在半導(dǎo)體工業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控一項(xiàng)有前途的新技術(shù)。他不僅在已有的探測(cè)技術(shù)中占有一席之地，而且提供了新的可能性，尤其是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。而這也是為什么紅外檢測(cè)技術(shù)可以無(wú)損的檢測(cè)MEMS顯得尤為重要的原因。因此，紅外成像檢測(cè)技術(shù)在MEMS工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。
近紅外成像檢測(cè)產(chǎn)品：
640×512 分辨率InGaAs短波紅外相機(jī)
半導(dǎo)體制冷
1700nm 截止 （可擴(kuò)展至2200nm）
典型應(yīng)用：
MEMS器件NIR透射成像檢測(cè)
太陽(yáng)能電池電致發(fā)光NIR檢測(cè)
集成電路電致發(fā)光檢測(cè)
13810146393
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