測試后檢測提高管芯的成品率

　　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，但它們有一個共同點：在通過一個電性能測試之后，還經(jīng)常需要進行光學(xué)檢測。

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

　　為什么閃存、LED或其它器件的晶圓會要求進行最后的光學(xué)檢測? 畢竟，它們剛剛通過電性能測試來辨別不良器件。答案是，電性能測試儀無法辨認像刮痕、缺口這樣的缺陷，而它們可能會在以后的產(chǎn)品生命周期中導(dǎo)致出現(xiàn)問題。

　　另一個原因是，電子測試儀本身就是問題的來源，因為當(dāng)它們接觸晶圓時，探針的移動可能會在晶圓上產(chǎn)生缺陷。單獨的探針應(yīng)該只接觸鍵合焊墊，留下一個小標(biāo)記。但是，隨著半導(dǎo)體愈來愈小，鍵合焊墊也在變小，使得探針“擊中”焊墊更加困難。

　　進行電性能測試時，輕微的偏移也會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最后的電性能測試，但以后在小應(yīng)力作用下也可能會引起導(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公司負責(zé)數(shù)據(jù)分析和商業(yè)評估方面的副總裁和總經(jīng)理Mike Plisinski說，“因此，如果你組裝了5個昂貴的管芯，卻沒有發(fā)現(xiàn)其中一個管芯有焊墊缺陷，你就‘毀掉’了4個好組件，還浪費了一個昂貴的封裝?！?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)都會測定探針標(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)備也能探測和測量異物、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， 檢測設(shè)備也能測量探針標(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)體檢測產(chǎn)品部門的副總裁Amir Gilead說，“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，因為較大的探針偏移也會擊中鈍化物?！备鶕?jù)即將檢測的晶圓類型，工藝工程師會預(yù)先調(diào)整探針和鈍化物之間的閾值。

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

　　雖然CAD 文件可以簡化AOI系統(tǒng)的訓(xùn)練程序來定位管芯的特點，但工藝工程師通常沒有那種類型的資料信息，根據(jù)Rudolph Technologies公司的Plisinski說法：“即使工程師有那些文件，他們?nèi)员仨氂脵z測系統(tǒng)手工排列晶圓，因為在加工過程中，光刻圖案可能在晶圓表面上輕微地移動了。因此，以Rudolph的NSX August檢查系統(tǒng)卡盤上的晶圓為開始，工程師根據(jù)需要的指示文件選項，只要花幾分鐘時間檢查一系列自動化設(shè)置步驟。”

　　然后，工程師根據(jù)鍵合焊墊的特點對系統(tǒng)進行編程。在晶圓掃描過程中，系統(tǒng)按照一種幾何圖案進行匹配，自動找到焊墊?！昂笁|定位過程僅僅需要幾分鐘，”Plisinski說，“一些工程師對每一個焊墊進行標(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。”

　　ICOS 視覺系統(tǒng)為每一種晶圓類型使用一份指示文件來設(shè)定WI-2000檢測臺。ICOS負責(zé)晶圓檢測設(shè)備的產(chǎn)品經(jīng)理Gert Sablon解釋，工藝工程師以一個示例晶圓開始，上面放置一個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的研究與開發(fā)主管Carl Smets強調(diào)了在檢測系統(tǒng)中合適的對準(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，為了正確檢測晶圓，必須給每一個管芯進行精確的排列?！盜COS在其檢測系統(tǒng)中使用可升級的DSP 處理器，與包含參考管芯圖像的指示文件信息進行比較，來排列管芯的位置。

　　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)來掃描產(chǎn)品晶圓上的管芯，產(chǎn)生一個用于比較的“干凈參考”圖像。

　　“用戶或工藝工程師無需提前知道哪一個晶圓或管芯是好的，”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)生一個好的參考圖像。最少5個管芯就可以提供干凈的參考圖像，盡管工程師敘述說平均使用了7到9個管芯。當(dāng)觀察到橫跨一個晶圓有比較大的色調(diào)變化時，工程師可以增加掃描的管芯數(shù)量。”工藝工程師可以確定“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程的時間進度。

在學(xué)習(xí)階段過后，操作員可以調(diào)整運行參數(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，“因此，他們設(shè)置系統(tǒng)時會忽略25微米或更小的情況。工程師對檢測標(biāo)準(zhǔn)有完全的控制權(quán)?！?BR>
　　缺陷分類

　　在檢測系統(tǒng)獲取管芯圖像之后， 自動缺陷分類軟件對缺陷進行分類。某一特定晶圓類型的指示文件，會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，“對于刮痕，可以作為一個長方形對象，以長度大于x、寬度大于y來分類。而對于凹痕，它是典型的圓形，因此只有一個直徑維度。工藝工程師結(jié)合位置、維度及光學(xué)對比等特征，與AND、OR、IF等邏輯運算一起對缺陷進行分類?！?BR>

　　測試后檢測的經(jīng)濟利益體現(xiàn)在：在指定的時間內(nèi)系統(tǒng)能夠檢測多少個管芯，以及系統(tǒng)軟件產(chǎn)生多少“誤報”（“誤報”是指檢測到的缺陷實際不存在）。

　　“工程師看到晶圓在卡盤上快速移動，認為速度就是一切，” Camtek的Gilead 說。公司的贏利很大程度上取決于一天能檢測的晶圓數(shù)量，而不僅僅是掃描晶圓的速度有多快，因此產(chǎn)能計算必須包括設(shè)定時間和掃描速度。“比如說，設(shè)定系統(tǒng)A需要2個小時，設(shè)定系統(tǒng)B需要15分鐘，”Gilead說，“如果一天檢測3種類型的晶圓，則設(shè)定時間分別是6個小時和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)注意對掃描速度和他們希望檢測的缺陷大小進行平衡。假設(shè)設(shè)備掃描晶圓的速度是x個/小時，同時能夠檢測的缺陷大小比如是2微米?！皺z測系統(tǒng)無法同時具備二種能力，”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)越來越小的缺陷，檢測速度就要成比例減少?！?BR>
　　在檢測運行結(jié)束時，軟件確定出有缺陷的管芯，工藝工程師或操作員就能夠“重新驗證”那些缺陷。人們對缺陷進行再檢查，將它們分為嚴(yán)重和不嚴(yán)重兩類。

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

　　測試后檢測的另一方面——從檢查結(jié)果獲得統(tǒng)計過程控制（SPC）信息——可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益。根據(jù)這個定量的信息，設(shè)備操作員可以辨認和改正當(dāng)前的問題。另外，工藝工程師可以分析長期趨勢來確定，例如為何探針管腳偏移了對準(zhǔn)線或偏移了鍵合焊墊的邊緣。

　　“比如說，探針標(biāo)記偏移到左邊導(dǎo)致產(chǎn)生不良，” Rudolph Technologies的Plisinski說，“工程師看到這個趨勢，確定是哪個探測器導(dǎo)致的問題，并進行修正?；蛘咚麄兛梢允褂肧PC數(shù)據(jù)，用對準(zhǔn)線指示文件來暴露問題?！?BR>
　　檢測信息也可以讓工程師“堆積”圖像來尋找晶圓問題的走向。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)他們通過自動終端試驗器模擬這個問題，Plisinski解釋。

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

　　附文：圓環(huán)是什么？

　　在切片過程中和切片之后，如果沒有某類支持材料在適當(dāng)?shù)奈恢猛凶」苄?，您無法將晶圓切成單個的管芯。這種稱作晶圓貼裝膠帶的柔軟材料，臨時粘在晶圓的反面。其他處理步驟可能還需要那個管芯保留在適當(dāng)?shù)奈恢茫脕頊y試、檢測和封裝。

　　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。在這個過程中，輕微拉伸膠帶并使之看起來像鼓的頂部。暴露在紫外線下可以減少膠帶的粘附力，單個的管芯就會松開來。

　　附文：也需要測試前檢測

　　某些公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)進行測試前檢測的好處。在300mm晶圓上的塵埃微粒，經(jīng)過長期積存，足夠多的話，就會損傷微小的測試探針。實際上，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用，總計比檢測設(shè)備的費用可能更多。

　　“對測試前檢測的需求讓人驚奇，”Camtek的Gilead說，“在Class-100或Class-1000的潔凈室，您可能認為晶圓上的塵埃微粒不會引起關(guān)注。但即使在受控環(huán)境里，微粒‘殺手’偶爾也會出現(xiàn)并釀成大禍。簡單的檢測可以防止災(zāi)禍發(fā)生。”