MEMS器件近红外检测技术|行业干货分享_北京卓立汉光仪器有限公司

返回列表

MEMS器件近红外检测技术|行业干货分享

MEMS器件近红外检测技术|行业干货分享

导读：

在半导体制造过程中，前期的全自动晶圆缺陷检测技术非常重要。因为在后端的生产流程中，通常会有多片晶圆粘合到一起，或者把晶圆粘合到不透明的材料上。因为半导体材料对可见光都是不透明的，所以很难用可见图像技术对粘合效果做表征或者检测粘合表面的污染。近红外检测技术是在半导体工业的质量监控一项有前途的新技术。本文重点介绍近红外成像检测技术在MEMS工业生产中发挥的重要性！

MEMS的分选是*典型的应用。MEMS是把微型机械部件、微型传感器、微电路集成到一个芯片上；为确保MEMS的运作，对其进行缺陷检测是至关重要的，但很多机械性能无法通过电气或功能测试来确定。因为这些缺陷往往位于基板上或器件与封盖晶圆之间连接的纽带上，所以单纯的可见光图像检测技术是远远不够的。因此，近红外检测是作为一种无损的技术既可以检测上下表面的缺陷，也可以检测器件内部的缺陷。理论上讲，这种技术可以检测所有的缺陷，例如，检测颗粒（污染），蚀刻线和对齐标记，结构，完整性，空隙率以及烧结工艺的质量，这里不再一一列举。

缺陷的种类以及检测方法：

实验表明MEMS器件近红外检测技术能够检测MEMS生产过程中的一系列的重要缺陷。此外，MEMS器件近红外检测技术还能测量Bonding的晶圆片内部的结构。
下面介绍几种常见的缺陷：

颗粒

颗粒在晶圆上出现大致分为三个位置：顶部，底部，以及两片晶圆中间。其中，第三种情况是*难检测的，因为紫外或者可见光技术只能检测分层之间位于顶部和底部的颗粒。在晶圆中间的颗粒，只有通过红外图像的方法才能检测，这些颗粒可以通过红外图像看到；因为硅片对红外光是透明的，所以在明亮的背景中，暗点就是我们要检测的颗粒物；有一些硅的碎片，因为表面倾斜角较大，也会有类似的效果。但是这个问题可以通过特定的算法，粒子可以与显微结构的背景和粘合剂区分开来。

共晶/熔融粘合工艺

这种工艺，两个晶圆片是直接bonding到一起，中间并没有任何基底。因此，用这种bonding方式很少会出现渗入或渗出的现象。共晶/熔融粘合晶圓很少会分层，但是空隙仍然是需要考虑的重要因素。

精确定位间隙的位置，尺寸，甚至间隙厚度的能力，可以挑出存在空隙影响的晶粒，避免因为一小部分晶粒存在空隙废了一整片晶圆；

烧结缺陷

在bonding的过程中由于用了采用烧结工艺，所以生产过程中焊点材料的内部会存在各种各样的缺陷：

空隙，例如大面积烧结中，焊点材料周围空气或其它异物构成的空泡；

脱层(Delamination)

是指焊点材料和器件或晶圆之间的bonding不完全。脱层是很致命的问题，因为它*初是不会产生缺陷的，但是在器件工作中很可能出现失效的风险。而声波检测或X-射线检测一般无法探测到脱层的结构。

渗入现象

是指焊点材料渗进晶粒的工作区域，可能改变器件的机械或者电气特性。在功能测试的时候通常就可以确认是否影响器件工作，但是仍然有部分渗入暂时不会影响性能，但是长期来看会影响器件的可靠性；

渗出现象

就是焊点的宽度减小了，通常会在芯片的棱角处或者棱角附近；焊点变小将会带来芯片提早失效的风险，而这种问题，用超声成像或者功能测试都无法检测出来；

烧结效果检测

Bonding晶圆片的方法有很多种，像共晶，融合，烧结等。在MEMS器件的烧结工艺中，通常需要一种特别的玻璃球夹在在两片晶圆中作为焊点材料；这些玻璃球会通过丝网印刷或者喷涂工艺附着到晶圆的特定区域，然后在bonding过程中，通过特定的温度和压力，熔化焊点的玻璃球，从而把两片晶圆bonding到一起。在Bonding工艺完成后，是无法通过可见光成像的方法来检测bonding质量的；而近红外光能够穿透硅片，所以在Bonding之后，近红外成像能非常方便的检测器件及Bonding过程的缺陷。

刻蚀线检测

湿法化学刻蚀中，需要把晶圆泡到溶液中，所以没有办法检测每一条刻蚀线，通常通过抽样检测来管控整个工艺流程。在刻蚀完成后，bonding之前做抽检，可以得到较好的分辨率，但是需要昂贵的设备。刻线检测主要是测试线宽，位置，与其他线的距离或者与对齐标记的距离，其实可以在做其他红外成像检测的时候顺便就完成。

对齐标记检测

对齐标记在器件和晶圆上均有，通常在bonding之前，都已经做了检查，所以通常没有做重复检查。但是在bonding过程中，仍然可能存在误差导致无法对准。因为红外成像技术可以穿透两层硅片，所以在检测器件和晶圆之间的对齐标志的绝对位置的时候，同时就可以检测相对位置，所以只需检测两个对齐标记的重叠状况及可以知道是否已经对齐；

宏观结构检测

根据实际的分辨率，红外检测技术测量芯片内有效区域的宏观结构。通常情况下，测量精度范围从5到0.7um。虽然这不足以完全测量芯片的有效区域的质量，但是它仍能确保这个阶段这个过程中没有宏观结构上的缺陷。如果单独用来检测宏观结果，可能不够，但是如果作为一个附件，用于缺陷的初步筛选，这有效提升系统的附加价值；

我们所能提供的MEMS器件近红外检测技术

是利用窄带的近红外光的检测技术。近红外晶圆检测系统需要一个固态光源，红外光学系统，以及近红外高速、高分辨率的成像传感器。*近几年，随着固态光源技术及近红外传感技术发展，固态红外光源的强度不断增强，而且传感器的灵敏度不断提升，近红外成像技术成为了一种有效检测晶圆缺陷的手段。