使用非接触式3D光学分析进行全面晶圆检查

与其他测量方法相比，三维光学轮廓法在半导体封装前端工艺研究和控制的非接触检测中提供了许多优点。这些优点包括自定义分析和快速测量速度，以及全自动测量和无损检测。

当今最先进的光学剖面仪提供了快速和准确的表面测量，以量化被检查表面的一系列特性。在全球范围内，这些系统被广泛应用于研究、工程和生产过程控制领域，包括医疗、微电子、精密加工、半导体、MEMS、数据存储、太阳能、航空航天、汽车和材料科学。亚博老虎机网登录

白光干涉测量的优点

3D光学轮廓允许业界领先的测量速度，同时也保持相同的纳米Z精度在所有光学放大。这种组合可以测量各种表面参数，如曲率、螺距、台阶高度、表面粗糙度、横向位移和波纹，所有这些都可以在几乎所有表面上进行一次测量。

相干扫描干涉测量测量技术，也称为白色光干涉测量（WLI）（如图1所详述），有可能在大型横向区域上快速确定3D表面形状和表面光洁度，在单个测量中高达8 mm，垂直高度高达10毫米。

拼接算法可以用于测量更大的侧面表面积，因为这允许拍摄多个侧面图像，并将其拼接成单一图像进行分析。这些能力为许多测量应用铺平了道路，以满足不断发展的晶圆制造需求。

图1。基本白光干涉测量与自校准氦氖激光组件。

用于晶圆制造的3D光学计量分析

通常，晶圆制造包括在硅片上构造组件的顺序过程，最终成为一个功能齐全的设备，适用于从存储芯片或计算机到led等多种终端产品。

随着消费类电子元件尺寸的不断缩小，相应的需求是增加晶圆计量来细化和控制这些复杂器件的发展。

下面介绍了几个常见的应用，其中3D光学轮廓优化了晶圆的制造和性能。所有的例子都使用aContourgt.^®3D光学分析器利用Vision64.^®软件（Bruker，San Jose，CA）。

图2。3D光学分析使纹理表面的自定义分析能够。

痕量分析

大多数元件设计都利用道来进行器件刻蚀或在固态器件本身上进行电连接。光学轮廓可以检测水平和垂直的线和轨迹，如图3所示，这些测量是由Trace Analysis模块执行的。然后，通过跟踪分析报告每个跟踪的参数、高度和宽度，包括跟踪的表面光洁度和它们之间的空间。

图3。跟踪分析。

多个区域分析

焊点突起、铜柱和硅通孔(TSV)是制造电气和机械连接的极其关键的部件。一个多区域分析将自动检测水平，山谷或峰值从术语删除参考平面(图4)。在感兴趣的区域被自动检测后，这些特征的不同参数，如表面光洁度，间距，宽度，深度，高度，体积和面积，可以记录和控制。

图4。多区域分析。

SequVision分析

类似于多区域分析，Surevision分析具有额外的模式与视野中的特征匹配的功能，将该功能或功能对齐，然后执行图像屏蔽，区域修改和分析最多100个不同的分析单个图像中的区域。

这种分析方法被认为对凸点下金属化(UBM)非常有用，UBM通常用于从硅模具到焊接凸点的机械或电气连接(图5)。

图5。利用SureVision分析进行UBM测量。

减去图片

具有改进软件能力的分析器可以从一个晶圆片到另一个晶圆片或晶圆片内部减去拼接或单一的图像。在这种分析中，首先捕获拼接图像或参考图像，然后从类似区域的连续测量中减去。

预图像的波纹和形式可以通过减法软件去除，也可以对齐图像运行运行，并根据需要对减法前后的图像进行过滤。这对于监控从晶圆到搭接或生长步骤的高度偏差非常有帮助(如图6所示)。

图6。左:参考图像(Z缩放±70 nm)，右:减去图像(Z缩放±0.8 nm)。

厚和薄膜分析

涂层和薄膜对于装置内的关键部件的隔离或绝缘是必不可少的。金属介电薄膜和涂层材料可以通过厚和薄膜软件自动分析。还可以根据其折射率测量膜厚度。

薄膜软件可以通过检测涂层顶部和底部的调制峰来测量该薄膜的厚度，如图7A中的理论例子所示。

图7A。电影理论。

图7B。薄膜测量分析包含顶表面和底部表面。

在捕获数据之后，算法报告最大和最小厚度以及底部或顶表面的表面光洁度，如图7B所示。在该示例中，通过薄膜分析软件参考涂层下的基材来计算未涂覆的焊盘高度。

通过分析

先进的3D光学系统提供定制的软件算法，用于独特的工艺分析。Via Analysis检测通孔并计算一系列统计数据，包括底部直径、顶部直径和深度直径，以及锚和通孔区域的粗糙度。

采用一种特殊的测量模式算法，通过玻璃通孔分析计算出通孔顶部和底部的直径和深度，包括玻璃纤维增强层的高度。阻焊剂分析检测阻焊剂上的一个孔，并计算阻焊剂层的厚度、底部直径、顶部开口直径、尾部直径和深度(图8)。

图8。Via和glass Via分析。

覆盖（注册）分析

高级和基本叠加(注册)分析用于分析和表征“特征中的特征”几何，以便跟踪一个表面相对于另一个表面的任何相对移动，如图9中基本注册特征分析所示。通过选择分析所需的合适的复选框，也可以分析更高级的注册表和激光刻录的特征。

图9。基本配准特性及分析结果。

通过硅Via (TSV)测量

对于更具有挑战性的TSV测量，可以使用特定的测量目标和视场组合来测量“深宽比”约为10比1。这些TSV测量对于晶片级封装提高堆叠组件的面密度非常重要(图10)。

图10。TSV测量和客观示意图。

测量自动化和晶圆处理

高级自动化软件通常会分开系统是否真正有用对晶圆制造。多年来，布鲁克通过与半行业领导者合作开发了多个舞台自动化模式。

XY散射模式允许用户随机地放置在整个晶片测量区域的多个单点测量位置。XY网格模式在给定的行和列的给定XY模式中自动生成已知芯片尺寸的网格。可以在每个测量网格模具位置进行多次测量（图11）。

最后，XY多彩电模式类似于XY网格，但是测量网格模具位置可以随机放置在晶片周围。此外，XY MultiGrid可以为每个单个测量网格定位添加基准对准点，同时允许每个网格位置执行来自另一个的唯一测量。

对于每个阶段的自动化，一个单独的视觉配方可以配置为所有测量位置，包括将多个图像拼接在一起。此外，每个测量位置都可以包含一个独特的Z位置，分析器将自动移动到该位置，大大减少了测量时间。

所有自动化类型还可以包括对齐点，这些对齐点可以使用Cognex模式匹配功能实现完全自动化。除了舞台自动化，Vision64允许全自动自动对焦、自动倾斜/倾斜和自动强度。

图11。XY网格晶片自动化示例。

采用模式匹配在测量前在视场内自动定心的特征增强了测量的重复性和鲁棒性。

晶片可以手动加载到分析的分析阶段，或者可以配置环境机箱和晶片处理程序（图12）。这使得具有集成FOUP的多个晶片的无人看管的测量，并且还允许实现第2类型迷你环境，以满足所有晶圆制造工厂要求。

图12。Bruker的Contouggt-X用于晶圆制造的手臂。

结论

对于晶圆制造，如TSV技术，倒装芯片包装或晶圆级包装，先进三维光学分析器可以为质量控制专业人员、研究人员、工艺设计师和工程师提供一个显著增强的方法来表征整体功能、表面光洁度和形状的特征。

从航空航天部件到医疗植入物，3D光学剖面仪在各个行业都有很好的应用，在整体分辨率、速度、精度和可重复性方面都优于其他测量技术。Bruker 3D光学分析器采用了业界领先的分析和自动化软件。

这些分析器是生产地板准备，为研究，过程控制和质量检查提供了一个首选的计量选择。该系统可以在复杂算法和双led光源的帮助下进行任何反射率的表面测量。

与触针测量系统的相关性可以通过预先了解触针工具的设置和被测量的表面而获得。随着三维曲面S参数的加入，曲面分析能够独特地表征曲面形状和功能的程度得到了极大的扩展。Bruker公司的3D光学分析器为晶圆行业的测量数据提供了最先进的改进。

此信息已采购，审查和调整Bruker纳米表面提供的材料。亚博网站下载

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