高频率超声波扫描显微镜实现键合晶圆缺陷的无损检测

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超声波扫描显微镜,超声波扫描检测仪,超声波扫描显微检测系统

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随着社会的进步和科技的发展，为了提高先进半导体器件的良率，必须采用高频率超声波扫描显微镜对半导体前段键合晶圆进行缺陷检测，以改善产品良率并减少失效损失。由于对电子产品的性能要求越来越高，体积要求越来越小。为了实现更小体积的半导体器件，通常采用晶圆键合的方式提高单位面积的集成度。而晶圆键合对精度和力量要求非常高，需要将很薄的两片晶圆平行贴合，并施加合适的压力、温度、电压等，使两片晶圆产生共价键、金属键、分子键等，进而结合为一体的键合晶圆。在晶圆键合工艺中，键合界面是否结合良好，是否由空洞、分层等缺陷，将直接影响后续产品的良率。因此，需要对晶圆进行检测，以发现键合界面中的缺陷结构。为了有效检测键合晶圆内部的缺陷，超声波扫描显微镜被引入应用，对键合界面进行缺陷检测和分析计算。
高频率超声波扫描显微镜通过向键合晶圆发射高频率超声波信号，并探测采集键合晶圆反射回来的、带有缺陷信息的超声波信号，对信号进行分析和图形展示，实现键合晶圆缺陷的无损检测。键合晶圆的界面，正常结合和缺陷位置的结构不同，所以反射的超声波信号特性也不相同，高频率超声波扫描显微镜将不同特性的超声波信号提取，并将缺陷特性以不同色彩呈现在图像上，通过图像中的缺陷特征识别出键合晶圆界面中的缺陷类型、大小、位置、比率等信息。
由于键合晶圆的微小尺度，为了更好的检测缺陷结构，必须采用高频率超声波扫描显微镜，这样超声波焦点就可以很好的聚焦在很薄的键合晶圆的结合面，准确的检测到键合面内部的缺陷。否则，可能会导致检测位置漂移，检测图像失真，检测结果不准确等。为了保证高频率超声波扫描显微镜检测准确，必须采用表面跟踪技术，以跟踪晶圆表面的翘曲，实现自动识别晶圆键合面的位置。同时，采用高平整度键合晶圆治具平台，保证键合晶圆表面平整，提高超声波扫描显微镜的检测效果。高频率超声波扫描显微镜包括：键合晶圆治具承载台,承载要被扫描的晶圆；高频超声波探头，向晶圆发射和接收扫描超声波信号；测距装置，实时监测超声波探头与键合晶圆之间的距离；控制器，控制超声波探头和键合晶圆之间的相对距离，使扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中。
超声波扫描显微镜的核心部件是超声波发生器/探头，我们的超声科学家和工程师团队具有丰富的经验，倾心打造的专属超声波扫描显微镜探头，具有出色的性能，包括高信号强度、高灵敏度、稳定的信噪比等，不同于市场上的常规探头。我们专属打造的超声波探头，更加适用于超声波扫描显微镜，能够提供最清晰的图像和最可靠的数据。在半导体封测行业，超声波扫描显微镜和x射线检测设备通常互补使用，因为他们检测揭示的使产品的不同特征和缺陷。x射线检测设备是根据材料的密度成像，密度高的材料会吸收更多的x射线强度，而空气密度很小，对x射线的强度影响也很小，所以对于分层等缺陷灵敏度不高，很容易被忽略。超声波扫描显微镜采集的是样品反射信号，而超声波对空气非常敏感，会在空气界面发生强烈发射，对气泡封层等缺陷很敏感，非常适合检测这类缺陷，能够在产品中找出隐藏的气泡分层裂纹等各种缺陷，并计算缺陷尺寸、位置、缺陷率等。

键合晶圆红外成像检测
键合晶圆红外成像检测，优点：价格低、操作简单、可用于无尘室；缺点：采用穿透手段、分辨率低、容易受环境温度影响、无法检测金。

键合晶圆x射线检测设备，优点：分辨率高；缺点：对空洞分层不敏感、只能做多层合成检测图像。

键合晶圆界面1超声波扫描显微镜检测图像

键合晶圆界面2超声波扫描显微镜检测图像
键合晶圆超声波扫描显微镜检测，优点：可检测微米级空洞分层、分辨率高、可逐层/多层/分层检测；缺点：需要将键合晶圆浸入水中。

键合晶圆超声波扫描显微镜工作原理图

键合晶圆超声波扫描显微镜空洞分层缺陷

键合晶圆超声波扫描显微镜A波形图A-scan

3层键合晶圆超声波扫描显微镜检测图像及波形图

键合晶圆超声波扫描显微镜检测缺陷数据

键合晶圆超声波扫描显微镜检测报告

原工艺键合晶圆超声波扫描显微镜检测图像

改善工艺后键合晶圆超声波扫描显微镜检测图

键合晶圆超声波扫描显微镜的挑战
更多的检测层数，更多的反射损失，越往深层信号强度越弱。
更薄的检测层/更小的特征尺寸，更高频率的超声波，衰减也更强。
内部各层信号之间互相交叠
上层的缺陷会阻挡信号，影响下层对应位置的检测。
无空气结构，与刻蚀结构区分不明显。

高频率超声波扫描显微镜可以：
进行水平和纵向扫描。
检测亚微米分层、裂纹、空洞等。
自动检测分析
结构、厚度测量

手动超声波扫描显微镜：兼容50mm-300mm尺寸键合晶圆、5MHz-300MHz超声波换能器、缺陷检测、质量控制、尺寸计量、保存配方、生成报告。
全自动超声波扫描显微镜：兼容50mm-300mm尺寸键合晶圆、5MHz-230MHz超声波换能器、自动上料下料、兼容SECS/GEM通讯协议、缺陷检测、质量控制、尺寸计量、自动风干。