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短波紅外相機(jī)在晶圓鍵合檢測(cè)中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間： 2023-04-12　　點(diǎn)擊次數(shù)： 1702次

概述：
晶圓（英語(yǔ):Wafer）是半導(dǎo)體晶體圓形片的簡(jiǎn)稱(chēng)。其用于集成電路制程中作為載體基片，在晶圓片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。目前，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，95%以上的集成電路和半導(dǎo)體器件都是在晶圓上進(jìn)行加工制作的，其是絕大多數(shù)半導(dǎo)體集成電路制作中最關(guān)鍵的原料。
圖1 晶圓（來(lái)源與網(wǎng)絡(luò)）
晶圓的原始材料是硅，高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過(guò)研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。晶圓其實(shí)就是圓柱狀半導(dǎo)體晶體的薄切片。
晶圓鍵合是晶圓級(jí)的封裝技術(shù)，是指通過(guò)化學(xué)和物理等作用，將兩塊或多塊已經(jīng)鏡面拋光的同質(zhì)或異質(zhì)的晶圓緊密地接合起來(lái)，晶圓接合后，接合界面會(huì)達(dá)到特定的鍵合強(qiáng)度。該封裝可保護(hù)晶圓敏感的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受溫度、濕度、高壓和氧化性物質(zhì)等環(huán)境影響，提高功能元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。晶圓鍵合可用于各種技術(shù)領(lǐng)域，如MEMS器件制造、微電子學(xué)和光電子學(xué)等。
而在鍵合工藝中，存在著許多不確定因素會(huì)影響鍵合的質(zhì)量，其中內(nèi)在因素有晶片表面的化學(xué)吸附狀態(tài)、平整度及粗糙度，外在因素主要是鍵合的溫度和時(shí)間。對(duì)鍵合的晶圓進(jìn)行檢測(cè)和表征，可以評(píng)估技術(shù)成品率、鍵合強(qiáng)度和氣密性水平，無(wú)論是用于制造的設(shè)備還是用于工藝的開(kāi)發(fā)，晶圓鍵合檢測(cè)都具有十分重要的意義。
工作原理：
研究發(fā)現(xiàn)，短波紅外非常適用于晶圓鍵合過(guò)程后的質(zhì)量檢測(cè)，能夠提供給使用者快速、精確的無(wú)損界面檢測(cè)圖像。（光學(xué)檢測(cè)是晶圓缺陷檢測(cè)中非常重要的一種方法，是使用光束對(duì)晶圓表面進(jìn)行照射，然后通過(guò)收集反射光或透射散射光信息來(lái)進(jìn)行缺陷的判斷。）
在芯片減薄前，晶圓會(huì)用臨時(shí)膠貼合到載片上，在晶圓和載片之間便會(huì)形成鍵合。一般的載片材料有玻璃、藍(lán)寶石以及碳化硅（SiC）這幾種。如果晶圓和載片的鍵合界面存在未鍵合區(qū)域（如氣泡），則入射光在未鍵合處的上下表面會(huì)進(jìn)行多次反射，而正常鍵合處光線會(huì)直接透射，這種差異經(jīng)相機(jī)處理后，便會(huì)在顯示器上出現(xiàn)清晰的明暗差。
圖2 晶圓未鍵合處結(jié)構(gòu)示意圖
其中玻璃和藍(lán)寶石材料的載片和晶圓鍵合后，如有氣泡（不良鍵合）產(chǎn)生可以用人眼或可見(jiàn)光相機(jī)直接觀測(cè)到。而使用碳化硅材料的載片時(shí)，因?yàn)槠洳牧媳旧淼念伾前胪该鞯木G色，所以可見(jiàn)光無(wú)法很好地進(jìn)行穿透并清楚觀測(cè)到不良鍵合產(chǎn)生的氣泡，而短波紅外相機(jī)這時(shí)卻可以很好地對(duì)材料進(jìn)行穿透觀測(cè)。下圖為使用立鼎短波紅外相機(jī)搭建的檢測(cè)系統(tǒng)（模型）所拍攝的鍵合晶圓圖片：
圖3 檢測(cè)系統(tǒng)下的未鍵合區(qū)域圖像（1）
圖4 檢測(cè)系統(tǒng)下的未鍵合區(qū)域圖像（2）
檢測(cè)系統(tǒng)主要有四個(gè)部分：光源部分、工作臺(tái)部分、紅外相機(jī)部分和計(jì)算機(jī)部分，測(cè)試系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖所示。不同尺寸的晶圓成像距離不同，可以通過(guò)改變橫梁的高度和改變攝像機(jī)的焦距來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
圖5 檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖
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