使用非接触式3D光学分析进行全面晶圆检查

与用于半导体封装前端工艺研究和控制的非接触检测的其他测量方法相比，3D光学轮廓提供了许多优点。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。

当今最先进的光学轮廓仪可以提供快速和准确的表面测量，量化检测表面的一系列特性。在全球范围内，这些系统被用于众多市场的研究、工程和生产过程控制，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。欧洲杯线上买球

白光干涉测量法的测量优势

3D光学剖面允许行业领先的测量速度，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、横向位移和波纹度，所有这些都可以在一次测量和几乎所有的表面上进行。

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。

拼接算法可以用来测量更大的横向表面区域，因为这允许多幅横向图像被拍摄并拼接成单一图像进行分析。这些功能为许多计量应用铺平了道路，以满足不断发展的晶圆制造需求。

图1。基本的白光干涉测量与自校准的HeNe激光装配。

晶圆制造的三维光学计量分析

通常情况下，晶圆制造包括在硅片上构造元件的连续过程步骤，硅片最终成为从存储芯片或计算机到led等广泛终端产品的全功能设备。

随着消费电子元件的尺寸不断减小，对晶圆计量的需求也相应增加，以细化和控制这些复杂器件的发展。

下面将介绍几种常用的3D光学轮廓优化晶圆制造和性能的应用。所有的例子都是用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迹线在固态器件上蚀刻或电连接。如图3所示，光学profiling可以检测水平线和垂直线和轨迹，这些测量是由Trace Analysis模块执行的。痕迹分析报告每个痕迹的参数、高度和宽度，包括痕迹的表面光洁度和它们之间的间距。

图3。跟踪分析。

多个区域分析

焊接凸点、铜柱和通硅通道(TSV)是制造电气和机械连接的关键。多区域分析(Multiple Region Analysis)将从术语去除参考平面自动检测水平、山谷或峰值(图4)。在自动检测感兴趣的区域后，这些特征的各种参数，如表面光洁度、间距、宽度、深度、高度、体积和面积，可以被记录和控制。

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。

该分析选项被认为对凸下金属化(UBM)非常有用，这通常用于从硅模具到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

带有改进软件功能的轮廓仪可以从一个晶圆片到另一个晶圆片或从一个晶圆片内减去缝合或单个图像。在这种分析中，首先捕获一个拼接的图像或参考图像，然后从类似区域的连续测量中减去。

通过减法软件可以去除图像前的波浪形和形式，还可以对图像运行进行对齐，并根据需要对减法前后的图像进行滤波。这对于监控从晶圆到研磨或生长阶段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:减去的图像(Z缩放±0.8 nm)。

厚薄膜分析

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。

薄膜软件可以检测涂层顶部和底部的调制峰，从而测量薄膜的厚度，如图7A中的理论示例所示。

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

定制软件算法由先进的3D光学系统提供独特的过程分析。通过分析检测通过并计算一系列的统计数据，包括底部，顶部和深度直径，以及锚和通过区域的粗糙度。

采用一种特殊的测量模式算法，通过glass via Analysis计算通径和通径的深度，包括玻璃纤维增强层的高度。阻焊分析检测阻焊中有一个孔，并计算阻焊层的厚度、底部直径、顶部开口直径、尾部直径和深度(图8)。

图8。通过分析和玻璃。

覆盖（注册）分析

高级和基本叠加(注册)分析用于分析和描述“特征中特征”的几何图形，以便跟踪一个表面相对于另一个表面的任何相对位移，如图9中的基本注册特征分析所示。还可以通过选择分析所需的适当复选框来分析更高级的注册表和激光刻录特征。

图9。基本配准特征及分析结果。

通过硅通道(TSV)测量

对于更有挑战性的TSV测量，可以使用特定的测量目标和视场组合，以测量约10比1的“深度与宽度”的长宽比。这些TSV测量对于晶圆级封装非常重要，以提高堆叠组件的面积密度(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。

对于每个阶段自动化，可以为所有测量位置配置一个单独的Vision配方，包括将多个图像拼接在一起。此外，每个测量位置可以包括一个独特的Z位置，轮廓仪将自动移动到，大大减少测量时间。

所有自动化类型还可以包括使用Cognex模式匹配功能完全自动化的对齐点。除了舞台自动化，Vision64还支持自动对焦、自动倾斜/倾斜和自动强度的全自动化。

图11。XY网格晶圆自动化的例子。

利用模式匹配实现测量前视场特征自动定心，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种显著增强的方法，用于描述整体功能、表面光洁度和形状的特征。

从航空航天部件到医用植入物，3D光学轮廓仪在各个行业都有很好的应用，并且在总体分辨率、速度、精度和重复性方面都优于其他测量技术。布鲁克的3D光学轮廓仪使用了行业领先的分析和自动化软件。

这些剖面机是生产现场准备，为研究，过程控制和质量检验提供首选的计量选择。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。

通过事先了解触控笔工具的设置和被测表面，可以获得触控笔测量系统的相关性。随着三维曲面S参数的加入，曲面分析能够唯一表征曲面形状和功能的程度大大提高。布鲁克的3D光学轮廓仪为晶圆行业提供了最先进的测量数据改进。

此信息已采购，审查和调整Bruker纳米表面提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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