克服大批量薄晶圆制造中的检测挑战
2017-11-9 作者: 来源:汽车电子应用
有人已经考虑将暗视野检测用于检测薄晶圆缺陷。基于光学技术,暗视野是指进行较低角度反射光测量。 暗视野对于晶圆前端检测是有效的,但是由于研磨造成晶圆背面粗糙,对于背面检测它是无效的。因此,晶圆背面研磨后应避免暗视野检测。

随着汽车电子市场持续增长,受半自动和全自动汽车研发的推动,具先进转换方案的功率半导体元件需求持续增长,可降低功耗并有助于散热。为了满足以上需求,功率半导体制造商正将目标转向生产薄晶圆。

现今的功率半导体主要在厚度为50 至 100 μm 的 200 mm 晶圆上生产,但其目标蓝图直指薄至 1μm 的晶圆。这种晶圆通过在其背面进行机械抛光使其变薄。抛光过程中会导致一些缺陷,包括研磨痕迹,磨削失败产生的边缘碎片、星形裂纹和碎屑,以及一些其他瑕疵。其中边缘碎片、星形裂纹和碎屑是由边缘夹在砂轮中颗粒、嵌入颗粒和裂缝形成的。

由于以上缺陷通常出现在晶圆背面而不是活性侧,因此它们对于较厚晶圆而言并不是问题。但随着晶圆变得越来越薄,这些缺陷正在影响芯片的可靠性。虽然薄晶圆背面的缺陷最初不会妨碍芯片功能,但它们确实会影响设备的整体可靠性。事实上,功率半导体可以很容易地加工成最终封装,而缺陷不会被检测到。然而,当如汽车处于高温条件时,有可能形成裂纹并导致芯片故障。 

薄晶圆检测对于晶圆分选工艺至关重要,也有助于工程师改进减薄工艺,但是许多现有缺陷检测技术存在局限和不足。

目前大部分缺陷检测依靠人工进行,通过强光下肉眼检查实现,但并没有进行放大检测。由于该工艺通常由不同操作人员执行而不可重复,将导致缺少准确分类的最少缺陷信息。

使用可放大照相机进行自动光学检测的方式也已经进行过尝试,但是没有成功,原因是该方式虽然提供自动化和可重复的工艺过程,但是不能检查晶圆形貌以区分磨痕和深裂纹。

有人已经考虑将暗视野检测用于检测薄晶圆缺陷。基于光学技术,暗视野是指进行较低角度反射光测量。 暗视野对于晶圆前端检测是有效的,但是由于研磨造成晶圆背面粗糙,对于背面检测它是无效的。因此,晶圆背面研磨后应避免暗视野检测。

最佳薄晶圆检测需要对纳米图形敏感的技术,可同时检测和测量纳米比例表面变化。干涉测量法是使用光、无线电或声波1干扰现象的测量方法,可以实现以上目的,但是基于干涉测量的许多工具速度缓慢、价格昂贵,且吞吐量较低。此外,干涉测量对于某些表面检测应用来说是很好的选择,但它不适用于在大批量制造环境中检查和分选薄晶圆。

然而,有一种称为相移偏转测量 (PSD) 的技术,可以通过表面成像并在工具显示器上产生的图案来测量晶圆表面形貌。表面形貌变化会改变图案形状,来指征缺陷的存在。通过生成形貌图图像,可进行间距分析以对缺陷进行精确分类,并提供其尺寸和深度。最近才应用于 Silicon on Insulator (SOI) 与 Epitaxial (EPI) 晶圆检测和滑移线检测的PSD 正越来越受晶圆薄化检测的欢迎。

由于 PSD 技术既具有成本效益又可快速进行大批量制造,生产超薄晶圆的公司开始采用该技术。此外,一些公司正在开始整合自动分类软件,提供准确和详细的缺陷信息。这种方法具有目前大多数制造商主要使用目视检查所不具备的优点,预计将成为薄晶圆检测的首选方法——特别是在诸如汽车等关键系统的功率半导体应用中。UnitySC 正通过 4See 系列和偏转器模块开创这一方法。

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