尋找細(xì)小的缺陷需要一系列的波長(zhǎng)。
百萬分之十(DPPM)級(jí)的缺陷檢測(cè)要求正在推動(dòng)代工廠和OSAT檢測(cè)設(shè)備分辨率和產(chǎn)量的提升。然而，滑移、劃痕和微裂紋等缺陷仍然困擾著現(xiàn)有的光學(xué)檢測(cè)方法。
這些缺陷的尺寸范圍從納米到毫米不等，其中一些缺陷對(duì)于可見光波長(zhǎng)來說太小。雖然X射線和紅外線由于波長(zhǎng)較短能夠成功檢測(cè)這些狹窄的缺陷，但這些方法速度較慢。晶圓圖分析也是如此，可能需要數(shù)周甚至數(shù)月才能識(shí)別劃痕。
劃痕很難發(fā)現(xiàn)，但很重要，因?yàn)樗粌H會(huì)導(dǎo)致晶圓破損，還可能導(dǎo)致芯片失效。根據(jù)晶圓廠的檢測(cè)預(yù)算，劃傷的晶圓可能要到晶圓級(jí)測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)。同樣，OSAT有限的檢測(cè)預(yù)算可能會(huì)導(dǎo)致組裝帶有微裂紋的芯片，最終可能在封裝級(jí)測(cè)試中失效，或者在幾個(gè)月后在最終客戶的系統(tǒng)中失效。
早期檢測(cè)有助于減少缺陷源，并減少受影響晶圓/芯片的報(bào)廢，從而進(jìn)一步降低制造成本。未被發(fā)現(xiàn)的問題可能會(huì)影響下游工藝步驟，甚至在最壞的情況下，在現(xiàn)場(chǎng)暴露出來。所采用的檢測(cè)策略最終在于平衡擁有成本和缺陷逃逸風(fēng)險(xiǎn)。但隨著對(duì)已知良好芯片的需求不斷增長(zhǎng)，以及成本壓力的不斷增加，工廠團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在面臨著艱難的選擇：選擇哪種檢測(cè)工具以及分配多少檢測(cè)時(shí)間。
滑移和劃痕
晶體位錯(cuò)（又稱滑移）和劃痕會(huì)影響后續(xù)的晶圓制造步驟，這些步驟需要在微觀和近原子層面實(shí)現(xiàn)平面度。如果位錯(cuò)足夠大，光學(xué)成像方法可以檢測(cè)到它們。X射線衍射成像在檢測(cè)較小位錯(cuò)時(shí)成功率更高。然而，這種方法需要更多時(shí)間，因此更適合低采樣率的情況。同樣，用于識(shí)別劃痕的晶圓測(cè)試圖分析在制造流程的后期進(jìn)行，因此無法有效解決任何重大偏差。
晶體位錯(cuò)會(huì)在晶錠生長(zhǎng)或晶圓處理過程中發(fā)生。這些垂直缺陷表現(xiàn)為晶格的滑移，難以檢測(cè)。缺陷最初可能很小，例如晶圓邊緣的缺口或晶體結(jié)構(gòu)中的滑移。隨后，由于隨后的熱波動(dòng)，這些缺陷的長(zhǎng)度和深度可能會(huì)增加。
數(shù)周后，滑移缺陷可能導(dǎo)致晶圓破損或其他工藝異常?？梢姽獠ㄩL(zhǎng)難以檢測(cè)到滑移。X射線更容易檢測(cè)到，因?yàn)榛茣?huì)產(chǎn)生氣隙，其衍射方式與硅或化合物半導(dǎo)體材料不同。
圖1：光學(xué)圖像（左）和X射線衍射圖像（右）之間的差異。X射線圖像中晶體缺陷的影響和范圍更為明顯。資料來源：布魯克
布魯克復(fù)合半導(dǎo)體業(yè)務(wù)產(chǎn)品經(jīng)理JohnWall表示：“借助X射線衍射，我們可以檢測(cè)到從晶圓邊緣延伸數(shù)厘米的滑移等缺陷。位錯(cuò)缺陷通常是由晶圓的沖擊損傷引起的。雖然這些缺陷可能發(fā)生在晶圓的任何位置，但它們主要發(fā)生在靠近處理邊緣的地方。然后，在熱處理過程中，這些位錯(cuò)會(huì)從初始缺陷處擴(kuò)散開來。這會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)長(zhǎng)度方向的表面破壞。顯然，這會(huì)影響光刻和圖案化，因?yàn)榫A不再是平面的?！?/p>
查找劃痕
晶圓廠人員或設(shè)備都可能造成晶圓劃痕。前者是指有人用晶圓棒從晶圓舟皿中取出晶圓。由此產(chǎn)生的劃痕可長(zhǎng)可短，并且出現(xiàn)在隨機(jī)位置，表現(xiàn)為不規(guī)則的波浪形。相比之下，設(shè)備通常會(huì)產(chǎn)生直線或弧線狀劃痕，并且它們出現(xiàn)在同一區(qū)域。
圖2：200毫米半導(dǎo)體晶圓上人為造成的劃痕。來源：Microtronic
圖3：機(jī)器人晶圓搬運(yùn)器在整個(gè)晶圓（300毫米）上彎曲造成的劃痕。來源：Microtronic
使用自動(dòng)光學(xué)成像(AOI)技術(shù)查找劃痕存在一些挑戰(zhàn)。
OntoInnovation研究員WooYoungHan表示：“傳統(tǒng)的缺陷檢測(cè)方法通常使用圖像減影來識(shí)別掃描之間的差異或異常。然而，這種方法難以識(shí)別低對(duì)比度缺陷，因?yàn)檫@些缺陷更難檢測(cè)。晶圓上的細(xì)小劃痕或不規(guī)則之處等缺陷可能與背景對(duì)比度極低，因此很難識(shí)別?！?/p>
提高晶圓檢測(cè)率并在更多工藝步驟之間插入光學(xué)檢測(cè)有助于克服這些挑戰(zhàn)。
Microtronic應(yīng)用總監(jiān)ErrolAkomer表示：“光學(xué)劃痕檢測(cè)的主要因素是用于最大化缺陷與周圍環(huán)境對(duì)比度的照明?！薄爱?dāng)前工藝步驟的劃痕最好使用暗場(chǎng)（離軸）組件進(jìn)行檢測(cè)，而先前工藝步驟的劃痕則需要更多的明場(chǎng)（同軸）照明。根據(jù)我們的宏觀檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，最好在工藝步驟之間盡可能頻繁地進(jìn)行100%檢測(cè)。同軸/離軸照明的組合可用于檢測(cè)當(dāng)前或先前工藝步驟中的劃痕缺陷。如果在當(dāng)前步驟檢測(cè)到劃痕，晶圓廠可以最大限度地減少偏差并返工受影響的材料。如果劃痕是在先前步驟中檢測(cè)到的，我們建議在有缺陷的芯片周圍設(shè)置保護(hù)帶，并以數(shù)字方式將劃痕芯片及其相鄰芯片標(biāo)記為“失敗”。這可以最大限度地減少客戶系統(tǒng)中的測(cè)試逃漏和可靠性故障。”
晶圓測(cè)試圖分析為工程團(tuán)隊(duì)提供了另一個(gè)查找劃痕的機(jī)會(huì)。每個(gè)芯片代表一個(gè)像素，并以不同的“顏色”表示合格/不合格。每個(gè)晶圓上的芯片越多，檢測(cè)就越容易。試想一下，一塊300毫米晶圓上有90個(gè)芯片，而一塊300毫米晶圓上有2446個(gè)芯片。在前者中，150毫米的劃痕可能包含6個(gè)芯片，而在后者中則可能包含53個(gè)芯片。
圖4：同一劃痕對(duì)不同晶圓片數(shù)的影響差異。來源：SiliconEdge
在過去的十多年里，工程師們?cè)絹碓蕉嗟厥褂没跈C(jī)器學(xué)習(xí)的算法來分析晶圓測(cè)試圖。這些方法需要分析各種各樣的晶圓圖圖像。從晶圓圖分析中檢測(cè)劃痕是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)閯澓酆苋菀妆蛔R(shí)別為其他類型的缺陷。
“我們的分析分兩個(gè)階段進(jìn)行，”泰瑞達(dá)機(jī)器學(xué)習(xí)主管金宇解釋說?！笆紫龋覀儗⒕A分為四類。之后，我們?cè)偌?xì)分成更小的類別，例如中心、邊緣和不同類型的劃痕。劃痕可能遍布整個(gè)晶圓，也可能只是局部區(qū)域的微小劃痕。這就是我們構(gòu)建樹狀分類結(jié)構(gòu)的原因。我們之所以先識(shí)別四大類，然后再進(jìn)行子類劃分，是因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)邊緣局部劃痕和劃痕，以及局部劃痕和中心劃痕之間存在一些交叉?！?/p>
圖5：使用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)晶圓圖分析，以對(duì)缺陷進(jìn)行分類。資料來源：Teradyne
芯片切割
和晶圓/芯片處理過程中可能會(huì)產(chǎn)生芯片碎片和裂紋。缺陷尺寸從毫米到微米不等。后續(xù)工藝步驟和系統(tǒng)使用過程中的溫度升降會(huì)導(dǎo)致缺陷擴(kuò)展。這可能導(dǎo)致零時(shí)故障，甚至最終導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)故障。
缺陷的產(chǎn)生和檢測(cè)可能需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間。為了最大限度地減少這種延遲，工程團(tuán)隊(duì)正在增加更多檢測(cè)步驟，并將采樣率提高到100%。他們還采用了新的工具。成像技術(shù)的最新改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了更高的分辨率和更快的吞吐量。
Microtronic首席執(zhí)行官ReinerFenske表示：“一項(xiàng)重大改進(jìn)是在整個(gè)生產(chǎn)流程的多個(gè)步驟中，為每片晶圓提供高分辨率圖像。這使得用戶能夠查看生產(chǎn)線上不同點(diǎn)的晶圓圖像，以確定良率損失的根本原因，或找出生產(chǎn)線中的某個(gè)環(huán)節(jié)?！薄袄?，有缺口的晶圓可能在熱處理過程中斷裂，但在早期步驟中卻顯示出邊緣損壞的跡象?！?/p>
圖6：成像過程中發(fā)現(xiàn)的晶圓碎片。來源：Microtonic
芯片分離后裂紋
在過去十年里，組裝廠對(duì)微小缺陷的敏感度尚不及晶圓廠。然而，高性能移動(dòng)和汽車設(shè)備對(duì)最低DPPM的持續(xù)需求，使得在組裝過程中發(fā)現(xiàn)越來越小的缺陷成為必要。光學(xué)檢測(cè)方法仍然是OSAT（封測(cè)代工廠）分離后的標(biāo)準(zhǔn)步驟。但現(xiàn)在，即使5μm或1μm的裂紋也有可能被漏檢。
芯片切割完成后，需要對(duì)芯片的六個(gè)側(cè)面（頂部、底部和邊緣）進(jìn)行檢測(cè)。將晶圓切割成芯片可能會(huì)沿側(cè)壁（即邊緣）產(chǎn)生芯片級(jí)裂紋。此外，此步驟還會(huì)加劇晶圓生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的亞表面裂紋。裂紋會(huì)沿著水平或垂直方向出現(xiàn)。
光學(xué)成像一直是裂紋檢測(cè)的主流波長(zhǎng)。但較短的波長(zhǎng)（例如X射線和紅外線）在檢測(cè)較小裂紋（>=10微米）和表面以下的裂紋方面更具優(yōu)勢(shì)。直到最近，紅外成像方法還只能支持采樣。如今，儀器儀表和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步支持更高的生產(chǎn)時(shí)間（例如每小時(shí)50,000個(gè)單元），這使得OSAT廠商能夠使用紅外工具檢測(cè)所有芯片。
“對(duì)于約100微米的標(biāo)準(zhǔn)缺陷，客戶會(huì)使用六面光學(xué)檢測(cè)。越來越多的客戶要求檢測(cè)微尺度缺陷，例如約10微米的裂紋尺寸，”Cohu公司檢測(cè)和計(jì)量產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Pierre-AlexandreJay說道?！?0微米裂紋尺寸的難點(diǎn)在于，由于缺陷與器件粗糙度處于同一尺度，因此容易出現(xiàn)過度拒收?！?/p>
Jay解釋說，紅外成像更容易檢測(cè)到這種尺寸的缺陷，并且過剔除率更低。此外，這些波長(zhǎng)可以檢測(cè)到光學(xué)成像無法檢測(cè)到的內(nèi)部裂紋。
圖7：光學(xué)與紅外對(duì)微裂紋和內(nèi)部裂紋的檢測(cè)能力比較。來源：Cohu
雖然單片化主要產(chǎn)生水平裂紋，但在晶圓制造過程中，各種機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)引入垂直裂紋和內(nèi)部裂紋。根據(jù)晶圓檢測(cè)策略的不同，這些裂紋可能無法被檢測(cè)到。因此，在組裝過程中篩查此類缺陷的需求日益增長(zhǎng)，尤其是在汽車和高端移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域。
這些垂直裂紋的厚度在10μm到1μm之間，在此范圍內(nèi)，光學(xué)方法的檢測(cè)能力開始下降。比較光學(xué)成像和紅外成像，紅外成像的優(yōu)勢(shì)有兩方面。首先，它更容易檢測(cè)到小于或等于5μm的缺陷。其次，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可以將過剔除率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖8：光學(xué)與紅外檢測(cè)垂直微裂紋的能力比較。來源：Cohu
“我們的工具采用光學(xué)方法，可以檢測(cè)到最小5微米的裂紋。但紅外方法可以輕松檢測(cè)到，因?yàn)樗雌饋硎呛诎椎?，”Cohu的Jay解釋說?！霸谶@個(gè)波長(zhǎng)下，它可以檢測(cè)到由裂紋引起的衍射，而裂紋是由空氣而不是硅引起的?！?/p>
結(jié)論
晶圓劃痕、晶圓內(nèi)部晶體缺陷以及芯片級(jí)裂紋可能難以辨別。但為了滿足10DPPM逃逸率的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，工程團(tuán)隊(duì)需要在檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)頻率和晶圓圖分析方面做出明智的選擇。
這些選擇需要考慮總銷售成本(COGS)。由于器件成本為0.10美元，因此等到晶圓級(jí)測(cè)試再進(jìn)行或許是更合適的選擇。但隨著多個(gè)行業(yè)對(duì)已知良好裸片的需求日益增長(zhǎng)，每個(gè)DPPM都至關(guān)重要。
可見光分辨率和速度的不斷提升，使其在滑落、劃痕和裂紋的檢測(cè)中繼續(xù)發(fā)揮作用。然而，紅外和X射線成像的應(yīng)用正在不斷增加，因?yàn)檠苌浞治瞿軌蚪沂竞诎讏D像中的細(xì)微裂紋。
*聲明：本文系原作者創(chuàng)作。文章內(nèi)容系其個(gè)人觀點(diǎn)，我方轉(zhuǎn)載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認(rèn)同，如有異議，請(qǐng)聯(lián)系后臺(tái)。
想要獲取半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿洞見、技術(shù)速遞、趨勢(shì)解析，關(guān)注我們！
軍婚:《軍少你等著》她對(duì)他來說是毒藥,一沾成癮,他甘之如飴
”“就算回去了，遺產(chǎn)也沒有你的份，蘇老爺子早就立下了遺囑，現(xiàn)在他死了，按照遺囑，這家產(chǎn)分為三份，三個(gè)有名有份的孫兒一人一份?！迸虞p笑了一聲，“大哥和二哥的那份我當(dāng)然不敢想，可蘇沅沅……”（點(diǎn)擊下方免費(fèi)閱讀）《軍少你等著》禍國(guó)玫瑰，卻在貧地瘠土中綻出了傲人的香今天的推薦就到這里啦，..
軍少你等著,前夫不負(fù)責(zé),堂堂女王重掌自己命運(yùn)!
軍少你等著，三年后歸國(guó)，女王燕陳掙脫束縛，二少姜薄東一步步靠近今日推薦：《軍少你等著》作者：墨若青鴉_。點(diǎn)擊文末超鏈接開始觀看吧～第050章林京那個(gè)傻子，被美人計(jì)勾得神魂顛倒，和她睡了一晚上，竟然傻乎乎的以為她同意了，竟然把上百萬的置裝費(fèi)都打到了她的賬號(hào)上-。——用那些錢，她補(bǔ)上了古玩店三年是什么_。
軍少你等著,她的千面女王之路
內(nèi)容主線：《軍少你等著》宴會(huì)上被下藥，她誤闖禁欲軍少房，三月后嘔吐不止|——。精彩片段：在這樣的關(guān)系下，你指望圈內(nèi)人把這張紙看的有多神圣嗎？葉淺淺的臉色有點(diǎn)兒灰敗下來||。燕陳雖然不喜歡葉淺淺，但是對(duì)于她說的這套婚姻神圣的觀念還是很認(rèn)同的——|。如今姜薄東這么一反問，她心里就有點(diǎn)兒不舒服，只當(dāng)姜薄東是一還有呢？
延伸閱讀：與 美股漲跌不一 美韓達(dá)成貿(mào)易協(xié)議 “特朗普宣”布征收進(jìn)口銅關(guān)稅 Me：ta微軟財(cái)報(bào)超預(yù)76%期 的相關(guān)文章
浙江一高校通報(bào)批評(píng)名學(xué)生
是的，我們終于將改版做成了商業(yè)二游的水準(zhǔn)
這家伙...真的是人類么？
米哈游訴拼多多不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)獲賠 100 萬元，「1 元搶 1 萬原石」系借虛假宣傳引流，有何警示作用？
為了不用擦白板，我們做了這個(gè)...
P1-13電影版你體內(nèi)明明關(guān)押著幾百頭兇獸，卻始終無法覺醒獸魂之力成為御獸師
內(nèi)蒙牧民都能用 GPS 放牧了，拼多多西部包郵以后還有哪些稀罕事？
少兒頻道風(fēng)很強(qiáng) 誰人不識(shí)爆裂王
柬泰停火下的一個(gè)細(xì)節(jié)：兩國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人雙雙感謝中國(guó)
印樂法師任少林寺住持
