晶圆切割道微裂之非破坏自动化光学检查设备摘要 - AOIEA 自动光学 .PDF

晶圓切割道微裂之非破壞自動化光學檢查設備 林聖峯 陳政寰 羅丞曜 清華大學動力機械工程學系 交通大學光電工程學系顯示科技 清華大學動力機械工程學系、 研究所 奈米工程與微系統研究所 s100033812@m100.nthu.edu.tw chhuchen@nctu.edu.tw chengyao@mx.nthu.edu.tw 摘要 半導體封裝製程中，能夠檢查出晶圓在切割製程當中造成的晶片微裂對於後續封裝製程的良率控制相 形重要。傳統的晶片微裂檢查方法係以挑揀設備將晶片剝離晶圓切割膜進行後續的微裂顯微檢查。但 是由於在晶片剝離晶圓切割膜的過程中 ，頂出剝離機構的外力作用反而導致額外的晶片微裂增生 ，因 而影響晶片微裂形成原因以及問題根源的探討 。本文介紹貼附在晶圓切割膜上的晶片微裂檢查技術； 為了使得能夠清楚判別 、釐清晶圓經過切割製程導致產生的晶片微裂特徵；本技術藉由波長1100 nm 的近紅外光源以及折射率匹配液體，輔以光學設計、追跡軟體進行照明 、成像以及 自動對焦光學系統 原型設計可達到1.25 μm的解析程度 。並且驗證足以穿透散射的晶圓切割膜以及矽基材檢查晶片微裂 特徵影像 ；本技術可應用於晶圓切割製程後晶片微裂特徵自動化光學檢查設備 。 關鍵字：微裂(micro crack) 、Rayleigh 散射、粗糙面散射 、近紅外線影像、光學系統設計、自動化光學檢查 壹、 前言 隨著電子產品的縮小尺寸、節能以及增加功能等市場需求並且近半世紀以來半導體技術發展晶圓尺寸 逐漸增大、線寬以及晶片厚度逐漸減小的趨勢之下。因而為了符合前述半導體產業全面的需求趨勢 ； 低缺陷密度(defect density) 、較小晶片尺寸的晶圓切割製程(dicing process)需求應運而生。 由於晶圓切割製程中複雜的熱-機械應力(thermo-mechanical stress)以及偶發雙材料裂紋應力 (bi-material notch stress) 的機制所導致的主要晶圓/ 晶片崩碎/裂紋缺陷(chipping/crack defects) 有：正崩/剝裂(top side chipping/ peeling; TSC) 、背崩(bottom/back side chipping; BSC)以及側崩 (side wall crack; SWC)[01- 06] 。圖1所示的晶圓切割道剖視圖顯示前述各種切割後晶圓切割道附近的 缺陷形式；在晶圓切割過程晶圓切割膜(dicing tape)用以黏持晶圓且與互補式金屬氧化物半導體 (complementary metal-oxide-semiconductor; CMOS) 中間夾著矽基材；晶圓切割膜的黏持力必須 足以支撐晶圓切割過程所需的固著力。圖1中正崩形式的缺陷特徵能夠在晶圓切割製程後以目前普及 的商用自動化光學檢查設備檢知[07] 。但是，由於下表面晶圓切割膜對光線的散射干擾特性以及上表 面CMOS層對光線的組絕特性，背崩以及側崩的缺陷形式目前卻無法容易檢知[05] 。傳統檢知背崩以 及側崩的方法是以挑揀(pick-and-place; PNP)設備將晶片剝離晶圓切割膜並且針對每一片晶片的側 面以及下表面周圍每一面逐一檢查可疑的缺陷特徵 。因挑揀過程的頂出力量可能導致晶片額外的微裂 (micro crack)沿著錯位滑移面(dislocation glide planes)增生 ，因而影響晶片微裂形成原因以及問題 根源的探討 ，更遑論上述方法所需耗費相當可觀的時間 。因此最好能夠有針對每每整片晶圓的非破壞 檢查方法解決前述問題以探討晶片微裂成因的問題根源 ，以便在半導體後段封裝之前的切割製程提供 矯正預防措施以控制良率。 圖1: 晶圓切割道剖視圖 回顧過去半世紀以來半導體技術的發展；由於上述原因 ，目前晶圓切割道非破壞檢查技術尚未完 備發展。如圖1所示，由於CMOS層對光線的組絕特性，因而無法從晶圓上表面取得影像。然而，所 幸光線能夠穿透過晶圓切割膜 ；藉由透過晶圓切割膜的散射光線從晶圓背面取得影像依然是可能的