測(cè)試后檢測(cè)提高管芯的成品率

　　為不同產(chǎn)品如LED 和MP3播放器生產(chǎn)的晶圓，在功能上相差很大，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)：在通過(guò)一個(gè)電性能測(cè)試之后，還經(jīng)常需要進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。

　　晶圓加工日益求助于自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）設(shè)備來(lái)定位缺陷，以便能夠交付質(zhì)量過(guò)關(guān)的管芯，同時(shí)提高產(chǎn)量。與目檢不同，AOI 設(shè)備前后一貫地定位缺陷并進(jìn)行分類，它還可以給工藝工程師提供跟蹤和預(yù)防潛在問(wèn)題的信息。

　　為什么閃存、LED或其它器件的晶圓會(huì)要求進(jìn)行最后的光學(xué)檢測(cè)? 畢竟，它們剛剛通過(guò)電性能測(cè)試來(lái)辨別不良器件。答案是，電性能測(cè)試儀無(wú)法辨認(rèn)像刮痕、缺口這樣的缺陷，而它們可能會(huì)在以后的產(chǎn)品生命周期中導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題。

　　另一個(gè)原因是，電子測(cè)試儀本身就是問(wèn)題的來(lái)源，因?yàn)楫?dāng)它們接觸晶圓時(shí)，探針的移動(dòng)可能會(huì)在晶圓上產(chǎn)生缺陷。單獨(dú)的探針應(yīng)該只接觸鍵合焊墊，留下一個(gè)小標(biāo)記。但是，隨著半導(dǎo)體愈來(lái)愈小，鍵合焊墊也在變小，使得探針“擊中”焊墊更加困難。

　　進(jìn)行電性能測(cè)試時(shí)，輕微的偏移也會(huì)引起探針損壞焊墊周圍的鈍化物，從而使半導(dǎo)體暴露在破壞性的濕氣環(huán)境中。如果探針以太大的角度擊中焊墊，可能會(huì)刮掉金屬，導(dǎo)致被封裝的組件內(nèi)部短路。

　　即使探針落在焊墊的中心，物理接觸也可能會(huì)鑿壞或刮擦焊墊，導(dǎo)致焊墊和導(dǎo)線之間連接不良。盡管導(dǎo)線-焊墊的連接足以讓被封裝器件通過(guò)最后的電性能測(cè)試，但以后在小應(yīng)力作用下也可能會(huì)引起導(dǎo)線連接失效。

　　“在管芯分層封裝的情況下，那些鍵合焊墊附著在其他組件上，” Rudolph Technologies公司負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析和商業(yè)評(píng)估方面的副總裁和總經(jīng)理Mike Plisinski說(shuō)，“因此，如果你組裝了5個(gè)昂貴的管芯，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)管芯有焊墊缺陷，你就‘毀掉’了4個(gè)好組件，還浪費(fèi)了一個(gè)昂貴的封裝?！?BR>
　　為了避免這些缺陷， 在晶圓加工生產(chǎn)線上，探針標(biāo)記檢視 （PMI） 已經(jīng)成為重要的后端步驟。大多數(shù)后端晶圓檢視系統(tǒng)都會(huì)測(cè)定探針標(biāo)記是否太大、探針是否有滑出焊墊或探針是否損壞了鈍化物。檢查探針標(biāo)記的AOI 設(shè)備也能探測(cè)和測(cè)量異物、刮痕、聚酰亞胺分層、光致抗蝕劑殘留物以及晶圓邊緣缺口的大小。

　　除檢查探針標(biāo)記缺陷之外， 檢測(cè)設(shè)備也能測(cè)量探針標(biāo)記和焊墊邊緣之間的距離，“如果探針接觸了鈍化窗口，就要丟棄該管芯，” Camtek半導(dǎo)體檢測(cè)產(chǎn)品部門的副總裁Amir Gilead說(shuō)，“在某些晶圓上，如果探針標(biāo)記太靠近鈍化物，也要丟棄該管芯。你不應(yīng)該冒險(xiǎn)，因?yàn)檩^大的探針偏移也會(huì)擊中鈍化物?！备鶕?jù)即將檢測(cè)的晶圓類型，工藝工程師會(huì)預(yù)先調(diào)整探針和鈍化物之間的閾值。

　　為完整地檢測(cè)晶圓， 檢測(cè)設(shè)備必須“學(xué)會(huì)”一個(gè)好的管芯看上去像什么和怎樣發(fā)現(xiàn)鍵合焊墊。

　　雖然CAD 文件可以簡(jiǎn)化AOI系統(tǒng)的訓(xùn)練程序來(lái)定位管芯的特點(diǎn)，但工藝工程師通常沒(méi)有那種類型的資料信息，根據(jù)Rudolph Technologies公司的Plisinski說(shuō)法：“即使工程師有那些文件，他們?nèi)员仨氂脵z測(cè)系統(tǒng)手工排列晶圓，因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中，光刻圖案可能在晶圓表面上輕微地移動(dòng)了。因此，以Rudolph的NSX August檢查系統(tǒng)卡盤上的晶圓為開(kāi)始，工程師根據(jù)需要的指示文件選項(xiàng)，只要花幾分鐘時(shí)間檢查一系列自動(dòng)化設(shè)置步驟?！?BR>
　　然后，工程師根據(jù)鍵合焊墊的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。在晶圓掃描過(guò)程中，系統(tǒng)按照一種幾何圖案進(jìn)行匹配，自動(dòng)找到焊墊?！昂笁|定位過(guò)程僅僅需要幾分鐘，”Plisinski說(shuō)，“一些工程師對(duì)每一個(gè)焊墊進(jìn)行標(biāo)示，這樣他們能夠容易地跟蹤探針標(biāo)記特征或位置的變化?！?BR>
　　ICOS 視覺(jué)系統(tǒng)為每一種晶圓類型使用一份指示文件來(lái)設(shè)定WI-2000檢測(cè)臺(tái)。ICOS負(fù)責(zé)晶圓檢測(cè)設(shè)備的產(chǎn)品經(jīng)理Gert Sablon解釋，工藝工程師以一個(gè)示例晶圓開(kāi)始，上面放置一個(gè)完好或接近完好的管芯。該管芯的圖像作為比較參考圖像并成為指示文件的一部分。指示文件也包含了其它類型缺陷的參考信息，比如缺口、刮痕等。軟件將掃描的晶圓圖像與參考圖像進(jìn)行比較，并將外觀特征分到工藝工程師已經(jīng)建立的缺陷類別中。

　　ICOS的研究與開(kāi)發(fā)主管Carl Smets強(qiáng)調(diào)了在檢測(cè)系統(tǒng)中合適的對(duì)準(zhǔn)線的重要性，“如果你有切割好的晶圓，輕微的拉伸也可能會(huì)改變管芯的位置和方向——就像你在未被切割的晶圓上看到的一樣。因此，為了正確檢測(cè)晶圓，必須給每一個(gè)管芯進(jìn)行精確的排列?！盜COS在其檢測(cè)系統(tǒng)中使用可升級(jí)的DSP 處理器，與包含參考管芯圖像的指示文件信息進(jìn)行比較，來(lái)排列管芯的位置。

　　Camtek的Falcon 500的設(shè)定需要約15 分鐘。該系統(tǒng)不依賴于已知合格的管芯，而是使用專利技術(shù)來(lái)掃描產(chǎn)品晶圓上的管芯，產(chǎn)生一個(gè)用于比較的“干凈參考”圖像。

　　“用戶或工藝工程師無(wú)需提前知道哪一個(gè)晶圓或管芯是好的，”Camtek的Gilead解釋道，“他們甚至可以拿帶有缺陷的壞管芯，而仍然能夠產(chǎn)生一個(gè)好的參考圖像。最少5個(gè)管芯就可以提供干凈的參考圖像，盡管工程師敘述說(shuō)平均使用了7到9個(gè)管芯。當(dāng)觀察到橫跨一個(gè)晶圓有比較大的色調(diào)變化時(shí)，工程師可以增加掃描的管芯數(shù)量?！惫に嚬こ處熆梢源_定“再學(xué)習(xí)”、更新以及調(diào)整系統(tǒng)處理各種變化的掃描過(guò)程的時(shí)間進(jìn)度。

在學(xué)習(xí)階段過(guò)后，操作員可以調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，如缺陷的大小和可接受的探針標(biāo)記大小，“某些工程師可能想發(fā)現(xiàn)大于25微米的缺陷，”Gilead說(shuō)，“因此，他們?cè)O(shè)置系統(tǒng)時(shí)會(huì)忽略25微米或更小的情況。工程師對(duì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有完全的控制權(quán)?！?BR>
　　缺陷分類

　　在檢測(cè)系統(tǒng)獲取管芯圖像之后， 自動(dòng)缺陷分類軟件對(duì)缺陷進(jìn)行分類。某一特定晶圓類型的指示文件，會(huì)包含它的缺陷類別和參數(shù)。

　　“缺陷類別取決于用戶需求，”ICOS的Smets解釋，“對(duì)于刮痕，可以作為一個(gè)長(zhǎng)方形對(duì)象，以長(zhǎng)度大于x、寬度大于y來(lái)分類。而對(duì)于凹痕，它是典型的圓形，因此只有一個(gè)直徑維度。工藝工程師結(jié)合位置、維度及光學(xué)對(duì)比等特征，與AND、OR、IF等邏輯運(yùn)算一起對(duì)缺陷進(jìn)行分類?！?BR>

　　測(cè)試后檢測(cè)的經(jīng)濟(jì)利益體現(xiàn)在：在指定的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能夠檢測(cè)多少個(gè)管芯，以及系統(tǒng)軟件產(chǎn)生多少“誤報(bào)”（“誤報(bào)”是指檢測(cè)到的缺陷實(shí)際不存在）。

　　“工程師看到晶圓在卡盤上快速移動(dòng)，認(rèn)為速度就是一切，” Camtek的Gilead 說(shuō)。公司的贏利很大程度上取決于一天能檢測(cè)的晶圓數(shù)量，而不僅僅是掃描晶圓的速度有多快，因此產(chǎn)能計(jì)算必須包括設(shè)定時(shí)間和掃描速度?！氨热缯f(shuō)，設(shè)定系統(tǒng)A需要2個(gè)小時(shí)，設(shè)定系統(tǒng)B需要15分鐘，”Gilead說(shuō)，“如果一天檢測(cè)3種類型的晶圓，則設(shè)定時(shí)間分別是6個(gè)小時(shí)和45分鐘。即使系統(tǒng)A掃描速度比系統(tǒng)B快，但后者的效率可能更高?！?BR>
　　工程師還應(yīng)注意對(duì)掃描速度和他們希望檢測(cè)的缺陷大小進(jìn)行平衡。假設(shè)設(shè)備掃描晶圓的速度是x個(gè)/小時(shí)，同時(shí)能夠檢測(cè)的缺陷大小比如是2微米?！皺z測(cè)系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)具備二種能力，”Gilead提醒，“如果需要更高的解析度，或更高的放大倍數(shù)，以發(fā)現(xiàn)越來(lái)越小的缺陷，檢測(cè)速度就要成比例減少。”

　　在檢測(cè)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，軟件確定出有缺陷的管芯，工藝工程師或操作員就能夠“重新驗(yàn)證”那些缺陷。人們對(duì)缺陷進(jìn)行再檢查，將它們分為嚴(yán)重和不嚴(yán)重兩類。

　　假設(shè)AOI 系統(tǒng)報(bào)告有20個(gè)不良管芯，其中只有3個(gè)有嚴(yán)重缺陷。您負(fù)擔(dān)得起扔掉所有20個(gè)管芯的損失嗎？大概不能。因此您會(huì)檢查所有20個(gè)管芯，只扔掉那壞掉的3個(gè)。重新驗(yàn)證階段不僅可以回收好的管芯，而且還能加強(qiáng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，這樣在以后的檢測(cè)中確定的“誤報(bào)”缺陷會(huì)越來(lái)越少。但您必須在消除“誤報(bào)”的好處，和收緊規(guī)格導(dǎo)致AOI軟件漏報(bào)缺陷管芯的可能性之間取得平衡。

　　測(cè)試后檢測(cè)的另一方面——從檢查結(jié)果獲得統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）信息——可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)這個(gè)定量的信息，設(shè)備操作員可以辨認(rèn)和改正當(dāng)前的問(wèn)題。另外，工藝工程師可以分析長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)確定，例如為何探針管腳偏移了對(duì)準(zhǔn)線或偏移了鍵合焊墊的邊緣。

　　“比如說(shuō)，探針標(biāo)記偏移到左邊導(dǎo)致產(chǎn)生不良，” Rudolph Technologies的Plisinski說(shuō)，“工程師看到這個(gè)趨勢(shì)，確定是哪個(gè)探測(cè)器導(dǎo)致的問(wèn)題，并進(jìn)行修正。或者他們可以使用SPC數(shù)據(jù)，用對(duì)準(zhǔn)線指示文件來(lái)暴露問(wèn)題?！?BR>
　　檢測(cè)信息也可以讓工程師“堆積”圖像來(lái)尋找晶圓問(wèn)題的走向。如果在許多晶圓的同一位置他們看到刮痕，SPC信息可以引導(dǎo)他們通過(guò)自動(dòng)終端試驗(yàn)器模擬這個(gè)問(wèn)題，Plisinski解釋。

　　直到現(xiàn)在，您也許認(rèn)為管芯的質(zhì)量由最終電性能測(cè)試給出定論。雖然在最終測(cè)試臺(tái)后面裝上檢測(cè)系統(tǒng)，會(huì)幫助剔除你不知道卻已存在的不良管芯，但還是要保持測(cè)試過(guò)程可控，并減少現(xiàn)場(chǎng)失效。

　　附文：圓環(huán)是什么？

　　在切片過(guò)程中和切片之后，如果沒(méi)有某類支持材料在適當(dāng)?shù)奈恢猛凶」苄荆鸁o(wú)法將晶圓切成單個(gè)的管芯。這種稱作晶圓貼裝膠帶的柔軟材料，臨時(shí)粘在晶圓的反面。其他處理步驟可能還需要那個(gè)管芯保留在適當(dāng)?shù)奈恢?，用?lái)測(cè)試、檢測(cè)和封裝。

　　為了使軟膠帶更具剛性，要將管芯-膠帶組合物放置在一個(gè)小“圓環(huán)”上，再將較大的同心圓環(huán)壓在小圓環(huán)上。在這個(gè)過(guò)程中，輕微拉伸膠帶并使之看起來(lái)像鼓的頂部。暴露在紫外線下可以減少膠帶的粘附力，單個(gè)的管芯就會(huì)松開(kāi)來(lái)。

　　附文：也需要測(cè)試前檢測(cè)

　　某些公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試前檢測(cè)的好處。在300mm晶圓上的塵埃微粒，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積存，足夠多的話，就會(huì)損傷微小的測(cè)試探針。實(shí)際上，這些微粒“殺手”可以使生產(chǎn)線停線。大晶圓上一塊損壞的探針板費(fèi)用，總計(jì)比檢測(cè)設(shè)備的費(fèi)用可能更多。

　　“對(duì)測(cè)試前檢測(cè)的需求讓人驚奇，”Camtek的Gilead說(shuō)，“在Class-100或Class-1000的潔凈室，您可能認(rèn)為晶圓上的塵埃微粒不會(huì)引起關(guān)注。但即使在受控環(huán)境里，微?！畾⑹帧紶栆矔?huì)出現(xiàn)并釀成大禍。簡(jiǎn)單的檢測(cè)可以防止災(zāi)禍發(fā)生。”