测试后检测提高管芯的成品率

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为不同产品如LED 和MP3播放器生产的晶圆，在功能上相差很大，但它们有一个共同点：在通过一个电性能测试之后，还经常需要进行光学检测。

　　晶圆加工日益求助于自动光学检测（AOI）设备来定位缺陷，以便能够交付质量过关的管芯，同时提高产量。与目检不同，AOI 设备前后一贯地定位缺陷并进行分类，它还可以给工艺工程师提供跟踪和预防潜在问题的信息。

　　为什么闪存、LED或其它器件的晶圆会要求进行最后的光学检测? 毕竟，它们刚刚通过电性能测试来辨别不良器件。答案是，电性能测试仪无法辨认像刮痕、缺口这样的缺陷，而它们可能会在以后的产品生命周期中导致出现问题。

　　另一个原因是，电子测试仪本身就是问题的来源，因为当它们接触晶圆时，探针的移动可能会在晶圆上产生缺陷。单独的探针应该只接触键合焊垫，留下一个小标记（图1）。但是，随着半导体愈来愈小，键合焊垫也在变小，使得探针“击中”焊垫更加困难。

　　进行电性能测试时，轻微的偏移也会引起探针损坏焊垫周围的钝化物，从而使半导体暴露在破坏性的湿气环境中（图2）。如果探针以太大的角度击中焊垫，可能会刮掉金属，导致被封装的组件内部短路。

　　即使探针落在焊垫的中心，物理接触也可能会凿坏或刮擦焊垫，导致焊垫和导线之间连接不良。尽管导线-焊垫的连接足以让被封装器件通过最后的电性能测试，但以后在小应力作用下也可能会引起导线连接失效。

　　“在管芯分层封装的情况下，那些键合焊垫附着在其他组件上，” Rudolph Technologies公司负责数据分析和商业评估方面的副总裁和总经理Mike Plisinski说，“因此，如果你组装了5个昂贵的管芯，却没有发现其中一个管芯有焊垫缺陷，你就‘毁掉’了4个好组件，还浪费了一个昂贵的封装。”

　　为了避免这些缺陷， 在晶圆加工生产线上，探针标记检视 （PMI） 已经成为重要的后端步骤。大多数后端晶圆检视系统都会测定探针标记是否太大、探针是否有滑出焊垫或探针是否损坏了钝化物。检查探针标记的AOI 设备也能探测和测量异物、刮痕、聚酰亚胺分层、光致抗蚀剂残留物以及晶圆边缘缺口的大小（图3）。

　　除检查探针标记缺陷之外， 检测设备也能测量探针标记和焊垫边缘之间的距离，“如果探针接触了钝化窗口，就要丢弃该管芯，” Camtek半导体检测产品部门的副总裁Amir Gilead说，“在某些晶圆上，如果探针标记太靠近钝化物，也要丢弃该管芯。你不应该冒险，因为较大的探针偏移也会击中钝化物。”根据即将检测的晶圆类型，工艺工程师会预先调整探针和钝化物之间的阈值。

　　为完整地检测晶圆， 检测设备必须“学会”一个好的管芯看上去像什么和怎样发现键合焊垫。

　　虽然CAD 文件可以简化AOI系统的训练程序来定位管芯的特点，但工艺工程师通常没有那种类型的资料信息，根据Rudolph Technologies公司的Plisinski说法：“即使工程师有那些文件， 他们仍必须用检测系统手工排列晶圆，因为在加工过程中，光刻图案可能在晶圆表面上轻微地移动了。因此，以Rudolph的NSX August检查系统卡盘上的晶圆为开始，工程师根据需要的指示文件选项，只要花几分钟时间检查一系列自动化设置步骤。”

　　然后，工程师根据键合焊垫的特点对系统进行编程。在晶圆扫描过程中，系统按照一种几何图案进行匹配，自动找到焊垫。“焊垫定位过程仅仅需要几分钟，”Plisinski说，“一些工程师对每一个焊垫进行标示，这样他们能够容易地跟踪探针标记特征或位置的变化。”

　　ICOS 视觉系统为每一种晶圆类型使用一份指示文件来设定WI-2000检测台。ICOS负责晶圆检测设备的产品经理Gert Sablon解释， 工艺工程师以一个示例晶圆开始，上面放置一个完好或接近完好的管芯。该管芯的图像作为比较参考图像并成为指示文件的一部分。指示文件也包含了其它类型缺陷的参考信息，比如缺口、刮痕等。软件将扫描的晶圆图像与参考图像进行比较，并将外观特征分到工艺工程师已经建立的缺陷类别中。

　　ICOS的研究与开发主管Carl Smets强调了在检测系统中合适的对准线的重要性，“如果你有切割好的晶圆，轻微的拉伸也可能会改变管芯的位置和方向——就像你在未被切割的晶圆上看到的一样。因此，为了正确检测晶圆，必须给每一个管芯进行精确的排列。”ICOS在其检测系统中使用可升级的DSP 处理器，与包含参考管芯图像的指示文件信息进行比较，来排列管芯的位置。

　　Camtek的Falcon 500的设定需要约15 分钟。该系统不依赖于已知合格的管芯，而是使用专利技术来扫描产品晶圆上的管芯，产生一个用于比较的“干净参考”图像。

　　“用户或工艺工程师无需提前知道哪一个晶圆或管芯是好的，”Camtek的Gilead解释道，“他们甚至可以拿带有缺陷的坏管芯，而仍然能够产生一个好的参考图像。最少5个管芯就可以提供干净的参考图像， 尽管工程师叙述说平均使用了7到9个管芯。当观察到横跨一个晶圆有比较大的色调变化时，工程师可以增加扫描的管芯数量。”工艺工程师可以确定“再学习”、更新以及调整系统处理各种变化的扫描过程的时间进度。
在学习阶段过后，操作员可以调整运行参数，如缺陷的大小和可接受的探针标记大小，“某些工程师可能想发现大于25微米的缺陷，”Gilead说，“因此，他们设置系统时会忽略25微米或更小的情况。工程师对检测标准有完全的控制权。”

　　缺陷分类

　　在检测系统获取管芯图像之后， 自动缺陷分类软件对缺陷进行分类。某一特定晶圆类型的指示文件，会包含它的缺陷类别和参数。

　　“缺陷类别取决于用户需求，”ICOS的Smets解释，“对于刮痕，可以作为一个长方形对象，以长度大于x、宽度大于y来分类。而对于凹痕，它是典型的圆形， 因此只有一个直径维度。工艺工程师结合位置、维度及光学对比等特征，与AND、OR、IF等逻辑运算一起对缺陷进行分类。”

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