短波紅外相機在晶圓鍵合檢測中的應用

概述：

晶圓（英語(yǔ):Wafer）是半導體晶體圓形片的簡(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構，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。目前，在半導體產(chǎn)業(yè)中，95%以上的集成電路和半導體器件都是在晶圓上進(jìn)行加工制作的，其是絕大多數半導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)就是圓柱狀半導體晶體的薄切片。

晶圓鍵合是晶圓級的封裝技術(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(zhì)等環(huán)境影響，提高功能元件的長(cháng)期穩定性和可靠性。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(zhù)許多不確定因素會(huì )影響鍵合的質(zhì)量，其中內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。對鍵合的晶圓進(jìn)行檢測和表征，可以評估技術(shù)成品率、鍵合強度和氣密性水平，無(wú)論是用于制造的設備還是用于工藝的開(kāi)發(fā)，晶圓鍵合檢測都具有十分重要的意義。

工作原理：

研究發(fā)現，短波紅外非常適用于晶圓鍵合過(guò)程后的質(zhì)量檢測，能夠提供給使用者快速、精確的無(wú)損界面檢測圖像。（光學(xué)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(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(huì )進(jìn)行多次反射，而正常鍵合處光線(xiàn)會(huì )直接透射，這種差異經(jīng)相機處理后，便會(huì )在顯示器上出現清晰的明暗差。

圖2 晶圓未鍵合處結構示意圖

圖3 檢測系統下的未鍵合區域圖像（1）

圖4 檢測系統下的未鍵合區域圖像（2）

圖5 檢測系統實(shí)物圖