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    短波紅外相機在晶圓鍵合檢測中的應用

    發布時間: 2023-04-12  點擊次數: 100次

    概述:

    晶圓(英語:Wafer)是半導體晶體圓形片的簡稱。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構,而成為有特定電性功能之IC產品。目前,在半導體產業中,95%以上的集成電路和半導體器件都是在晶圓上進行加工制作的,其是絕大多數半導體集成電路制作中最關鍵的原料。

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    圖1 晶圓(來源與網絡)

    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。硅晶棒在經過研磨,拋光,切片后,形成硅晶圓片,也就是晶圓。晶圓其實就是圓柱狀半導體晶體的薄切片。

    晶圓鍵合是晶圓級的封裝技術,是指通過化學和物理等作用,將兩塊或多塊已經鏡面拋光的同質或異質的晶圓緊密地接合起來,晶圓接合后,接合界面會達到特定的鍵合強度。該封裝可保護晶圓敏感的內部結構不受溫度、濕度、高壓和氧化性物質等環境影響,提高功能元件的長期穩定性和可靠性。晶圓鍵合可用于各種技術領域,如MEMS器件制造、微電子學和光電子學等。

    而在鍵合工藝中,存在著許多不確定因素會影響鍵合的質量,其中內在因素有晶片表面的化學吸附狀態、平整度及粗糙度,外在因素主要是鍵合的溫度和時間。對鍵合的晶圓進行檢測和表征,可以評估技術成品率、鍵合強度和氣密性水平,無論是用于制造的設備還是用于工藝的開發,晶圓鍵合檢測都具有十分重要的意義。

    工作原理:

    研究發現,短波紅外非常適用于晶圓鍵合過程后的質量檢測,能夠提供給使用者快速、精確的無損界面檢測圖像。(光學檢測是晶圓缺陷檢測中非常重要的一種方法,是使用光束對晶圓表面進行照射,然后通過收集反射光或透射散射光信息來進行缺陷的判斷。)

    在芯片減薄前,晶圓會用臨時膠貼合到載片上,在晶圓和載片之間便會形成鍵合。一般的載片材料有玻璃、藍寶石以及碳化硅(SiC)這幾種。如果晶圓和載片的鍵合界面存在未鍵合區域(如氣泡),則入射光在未鍵合處的上下表面會進行多次反射,而正常鍵合處光線會直接透射,這種差異經相機處理后,便會在顯示器上出現清晰的明暗差。

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    圖2 晶圓未鍵合處結構示意圖

    其中玻璃和藍寶石材料的載片和晶圓鍵合后,如有氣泡(不良鍵合)產生可以用人眼或可見光相機直接觀測到。而使用碳化硅材料的載片時,因為其材料本身的顏色是半透明的綠色,所以可見光無法很好地進行穿透并清楚觀測到不良鍵合產生的氣泡,而短波紅外相機這時卻可以很好地對材料進行穿透觀測。下圖為使用立鼎短波紅外相機搭建的檢測系統(模型)所拍攝的鍵合晶圓圖片:

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    圖3 檢測系統下的未鍵合區域圖像(1)

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    圖4 檢測系統下的未鍵合區域圖像(2)

    檢測系統主要有四個部分:光源部分、工作臺部分、紅外相機部分和計算機部分,測試系統的具體結構如圖所示。不同尺寸的晶圓成像距離不同,可以通過改變橫梁的高度和改變攝像機的焦距來調節實現。

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    圖5 檢測系統實物圖

    西安立鼎光電提供非制冷、制冷、面陣以及線陣多款短波紅外相機,現貨供應。

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