測試后檢測提高管芯的成品率

　　為不同產品如LED 和MP3播放器生產的晶圓，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，還經常需要進行光學檢測。

　　晶圓加工日益求助于自動光學檢測（AOI）設備來定位缺陷，以便能夠交付質量過關的管芯，同時提高產量。與目檢不同，AOI 設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品生命周期中導致出現問題。

　　另一個原因是，電子測試儀本身就是問題的來源，因為當它們接觸晶圓時，探針的移動可能會在晶圓上產生缺陷。單獨的探針應該只接觸鍵合焊墊，留下一個小標記。但是，隨著半導體愈來愈小，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，從而使半導體暴露在破壞性的濕氣環境中。如果探針以太大的角度擊中焊墊，可能會刮掉金屬，導致被封裝的組件內部短路。

　　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，導致焊墊和導線之間連接不良。盡管導線-焊墊的連接足以讓被封裝器件通過最后的電性能測試，但以后在小應力作用下也可能會引起導線連接失效。

　　“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公司負責數據分析和商業評估方面的副總裁和總經理Mike Plisinski說，“因此，如果你組裝了5個昂貴的管芯，卻沒有發現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。”

　　為了避免這些缺陷， 在晶圓加工生產線上，探針標記檢視 （PMI） 已經成為重要的后端步驟。大多數后端晶圓檢視系統都會測定探針標記是否太大、探針是否有滑出焊墊或探針是否損壞了鈍化物。檢查探針標記的AOI 設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。

　　除檢查探針標記缺陷之外， 檢測設備也能測量探針標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半導體檢測產品部門的副總裁Amir Gilead說，“在某些晶圓上，如果探針標記太靠近鈍化物，也要丟棄該管芯。你不應該冒險，因為較大的探針偏移也會擊中鈍化物。”根據即將檢測的晶圓類型，工藝工程師會預先調整探針和鈍化物之間的閾值。

　　為完整地檢測晶圓， 檢測設備必須“學會”一個好的管芯看上去像什么和怎樣發現鍵合焊墊。

　　雖然CAD 文件可以簡化AOI系統的訓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Rudolph Technologies公司的Plisinski說法：“即使工程師有那些文件，他們仍必須用檢測系統手工排列晶圓，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檢查系統卡盤上的晶圓為開始，工程師根據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置步驟。”

　　然后，工程師根據鍵合焊墊的特點對系統進行編程。在晶圓掃描過程中，系統按照一種幾何圖案進行匹配，自動找到焊墊。“焊墊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示，這樣他們能夠容易地跟蹤探針標記特征或位置的變化。”

　　ICOS 視覺系統為每一種晶圓類型使用一份指示文件來設定WI-2000檢測臺。ICOS負責晶圓檢測設備的產品經理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建立的缺陷類別中。

　　ICOS的研究與開發主管Carl Smets強調了在檢測系統中合適的對準線的重要性，“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。”ICOS在其檢測系統中使用可升級的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的設定需要約15 分鐘。該系統不依賴于已知合格的管芯，而是使用專利技術來掃描產品晶圓上的管芯，產生一個用于比較的“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。當觀察到橫跨一個晶圓有比較大的色調變化時，工程師可以增加掃描的管芯數量。”工藝工程師可以確定“再學習”、更新以及調整系統處理各種變化的掃描過程的時間進度。

在學習階段過后，操作員可以調整運行參數，如缺陷的大小和可接受的探針標記大小，“某些工程師可能想發現大于25微米的缺陷，”Gilead說，“因此，他們設置系統時會忽略25微米或更小的情況。工程師對檢測標準有完全的控制權。”

　　缺陷分類

　　在檢測系統獲取管芯圖像之后， 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。

　　“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。工藝工程師結合位置、維度及光學對比等特征，與AND、OR、IF等邏輯運算一起對缺陷進行分類。”

　　測試后檢測的經濟利益體現在：在指定的時間內系統能夠檢測多少個管芯，以及系統軟件產生多少“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量，而不僅僅是掃描晶圓的速度有多快，因此產能計算必須包括設定時間和掃描速度。“比如說，設定系統A需要2個小時，設定系統B需要15分鐘，”Gilead說，“如果一天檢測3種類型的晶圓，則設定時間分別是6個小時和45分鐘。即使系統A掃描速度比系統B快，但后者的效率可能更高。”

　　工程師還應注意對掃描速度和他們希望檢測的缺陷大小進行平衡。假設設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。“檢測系統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，以發現越來越小的缺陷，檢測速度就要成比例減少。”

　　在檢測運行結束時，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，將它們分為嚴重和不嚴重兩類。

　　假設AOI 系統報告有20個不良管芯，其中只有3個有嚴重缺陷。您負擔得起扔掉所有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準，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，和收緊規格導致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——從檢查結果獲得統計過程控制（SPC）信息——可以產生經濟效益。根據這個定量的信息，設備操作員可以辨認和改正當前的問題。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線或偏移了鍵合焊墊的邊緣。

　　“比如說，探針標記偏移到左邊導致產生不良，” Rudolph Technologies的Plisinski說，“工程師看到這個趨勢，確定是哪個探測器導致的問題，并進行修正。或者他們可以使用SPC數據，用對準線指示文件來暴露問題。”

　　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信息可以引導他們通過自動終端試驗器模擬這個問題，Plisinski解釋。

　　直到現在，您也許認為管芯的質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，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，并減少現場失效。

　　附文：圓環是什么？

　　在切片過程中和切片之后，如果沒有某類支持材料在適當的位置托住管芯，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的位置，用來測試、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”上，再將較大的同心圓環壓在小圓環上。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

　　某些公司已經發現進行測試前檢測的好處。在300mm晶圓上的塵埃微粒，經過長期積存，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”可以使生產線停線。大晶圓上一塊損壞的探針板費用，總計比檢測設備的費用可能更多。

　　“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注。但即使在受控環境里，微粒‘殺手’偶爾也會出現并釀成大禍。簡單的檢測可以防止災禍發生。”