工艺流程中的凸点检测
摘要 在制作球形焊料凸点过程中,每一道工艺流程后都采用多种检测技术来捕捉凸点缺陷,这些目前已在生产中广泛应用。
检测技术
可以采用高级宏观检测、两维和三维凸点检测以及背面检测技术搜集各种在流程中凸点和关键尺寸（CD）线条的信息。
高级宏观检测技术将获得的图像数据与标准图像数据进行比较,探测出两者的差别。这一方法可适用于凸点制造的大部分工艺步骤,这种方法可以检测出由于凸点制作造成的表面残留或缺陷——在这些缺陷造成粘结和互连问题之前就发现它们。过多的微粒或缺陷还表明生产设备或工艺可能存在某些问题。
2-D凸点检测是对高级宏观检测搜集的数据进行算法分析（因此消除了不必要的额外检测）。该方法可以确定凸点的直径并探测出凸点的位置偏移、表面微粒以及桥接的凸点——即凸点间被金属短接。另外,该方法还可以测量直线和曲线的CD线,确实其尺寸是否在误差容限之内。
3-D检测是用共焦方法确定凸点的高度、共面性、表面形貌和粗糙度。在电镀工艺之后采用3-D凸点检测可以搜集数据并预测在封装中可能遇到的互连问题,与高级宏观检测方法类似,3-D凸点检测也可在一定程度上监控生产设备或工艺的潜在问题。
背面检测方法利用分析反射光的图像来确定晶圆背面化学残留和其他不规则缺陷。背面残留可能导致该位置的芯片与薄膜框架粘连和在芯片取出过程中导致开裂。另外,背面检测还可以发现光刻工艺中由“热点”造成的微粒。
凸点制作工艺
通常来讲,凸点制作工艺包括聚酰亚胺图案制备、基层金属沉积、光刻胶沉积和图案制备、电镀、光刻胶去胶和基层金属刻蚀,以及再流（图1）。下面的部分将简略描述各个工艺步骤并介绍每步工艺之后所采用的检测方法。
聚酰亚胺图案制备——通过聚酰亚胺图形化,也就是通常的光刻和显影工艺,在晶圆的表面沉积一层透明的聚酰亚胺层。该层聚酰亚胺将在后续凸点制作工艺中充当热阻层。通过金属焊盘和钨通孔与下面的电路形成直接连接。在显影过程中,由于金属焊盘上去胶不彻底可能产生表面微粒和残留,此时可以采用高级宏观检测技术探测这类缺陷。聚酰亚胺表面的微粒会导致后续工艺中金属沉积出现问题。在某些情况下,微粒会使金属层形成凸起最终导致封装失效。另外,如果凸起部分破裂,则会在金属上产生深入聚酰亚胺层的开路,导致致命缺陷。采用2-D检测技术可以测量直线或曲线的CD线条——验证线宽是否在规定范围内。线宽超过规定的误差容限会产生互连问题。值得注意的是在这一阶段发现问题晶圆还可以返工。
基层金属——基层金属是指沉积在聚酰亚胺层之上的铜或铅/锡导电层。由于沉积的金属层与后续电镀工艺得到的金属形成直连,采用高级宏观检测技术可以探测那些会导致粘结和互连问题的表面微粒和残留（图2）,还能捕捉诸如金属图形缺失（图3）之类的金属沉积问题。表面微粒过多表明溅射金属的腔室需要清洗。若腔内附着过多的残留,溅射过程中这些微粒就会飞落到晶圆表面（图4）。2-D凸点检测技术可以测量CD线条的线宽和长度。如果晶圆上CD线宽异常、微粒过多或金属沉积质量不好,在该工艺阶段晶圆仍可以返工。在后钝化工艺中,电感电容之类的无源器件集成到芯片,测量的线宽若超过规定的误差容限,芯片的电学性能将受到影响。
