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Reza Asgari, Rudolph Technologies, Inc.
微凸点晶圆的出现使测量和检测技术面临着巨大的挑战，对该技术的最基本要求是任一可行的检测技术必须能达到测量微凸点特征尺寸所需的分辨率和灵敏度。在50µm（2密尔）节距上制作25µm（1密尔）凸点的芯片技术，目前正在开发中，更小凸点直径和更细节距的技术也在发展中。另外，当单个芯片上凸点数量超过10,000个时，晶圆检测系统必须有能力来处理凸点数迅速增加的芯片和晶圆。分析软件和计算机硬件必须拥有足够高的性能来存储和处理每个晶圆上所存在的数百万个凸点的位置和形貌数据。
激光三角测量术
最新发展的凸点检测设备采用了激光三角检测术，经特别设计的光学组件和分析算法，在全速生产情况下可对微凸点的特征尺寸进行高质量的检测。这项技术已经用于类似尺寸金凸点的检测上，也适合用于当前和即将出现的微凸点技术中。
在激光三角检测术中，用一精细聚焦的激光束来扫描圆片表面，光学系统将反射的激光聚焦到探测器（图1）。采用3D激光三角检测术来检测微凸点的形貌时，在精度、速度和可检测性等方面它具有明显的优势。这一检测技术目前所面临的挑战包括有凸点的尺寸和凸点之间的间隔都很小，以及在整个圆片上布满有数百万个凸点。 （图片）
图1. 激光三角检测术通过对精确聚焦激光探测束的反射来推算凸点的高度 激光三角检测术在激光探测束的扫描过程中能获得硅基片和凸点顶部数据，由于它对凸点表面及其周边的基片只进行单次的扫描，这样就可以消除了在不同高度进行多次扫描而带来的误差和内在的不确定性。单次扫描方法可对z方向进行高准确度和高精密度的检测，其性能可以达到探测器的理论分辨率——这要比目前凸点尺寸小一个数量级以上。
激光三角检测术除了具有很高的检测准确度和精确度以外，它还具有与生产能力相当的检测速度，数据的采集速率足以满足大生产过程中对整个圆片进行检测的需求。在全晶圆检测模式中，系统通过一系列相近的线扫描来覆盖整个圆片，单个扫描为600µm宽的长条形区域，所产生的典型数据密度为40,000个数据点/mm2（图2）。变换采样密度可对检测过程进行优化，以最大程度地满足某些特别应用对分辨率、精确度和产量的要求，而且还可以很容易地满足将来凸点直径和节距进一步减小后对检测的要求。数据密度能够根据所需的特征尺寸和产量进行增加或减小。该系统可以在高产量下实现全晶圆的检测，通过实施仅检测指定芯片的采样计划，就有可能在维持检测统计有效性的情况下来增加检测产量。（图片）
图2. 全圆片激光扫描可获得40,000个数据点/mm2 可检测性
可以根据用户的需求来选择检测系统上X和Y方向上各数据点之间的间隔。这一内在的可测性使得用户可以通过调整采样密度来优化整个检测过程，以适应某项特殊应用中对检测速度、分辨率和精度的不同要求。随着凸点尺寸在不断地减小，这就需要增加采样密度来使检测质量能保持一个最佳的平衡。
线扫描照相机
对凸点工艺进行表征和监控的关键是对凸点体积的计算。例如，某个凸点如果超出了其设计的体积量，就意味着在其上游工艺的模板层面可能出了问题。精确的体积测量需要精确地测定凸点的高度和直径。一个具有时间延迟的积分线扫描照相机在测量直径的精度上与激光三角检测术测量高度的精度基本相当。将这二者相结合，就能对凸点体积进行高准确度、高精确度和高产量的检测，这对微凸点大生产进行工艺控制是必需的。
彩色的等高图标示出了凸点的高度、共面性、凸点直径和圆片上每一凸点的体积（图3）等信息。通过这种直观的、可视化的显示形式，我们可以在芯片和整个晶圆层面上来观察测量数据的变化趋势，以对工艺参数的偏离提供一个快速、精确的检测，确认其产生的根本Ô¬因，以及对相应纠正行为的评估等。（图片）
图3. 凸点检测结果的直观化和可视化显示，很容易在芯片和整个晶圆层面上辨认出凸点形貌的变化趋势 在凸点检测中所探测到的初始缺陷包括有：凸点间空隙中的焊料桥连缺陷和凸点缺失缺陷。
凸点检测
最基本的检测是对凸点直径和高度的测量，凸点体积可以根据其高度和直径进行计算来得到。共面性问题（图4）源自于单一芯片上每个凸点具有不同的高度，它可以用最佳拟合面方法来表征，最佳拟合平面是指所有凸点到该平面的偏差平方和为最小；也可以采用就位平面方法，该平面由首先相接触的三个凸点所确定。（图片）
图4.可以用最佳拟合平面法和就位平面法来表征凸点的共面性能 曾有一个凸点制造厂校验了他们凸点工艺的均匀性，报告称他们所测量的凸点直径标准偏差约为0.5µm，凸点高度标准偏差约为1.5µm。他们还发现，在对计算所得到的体积和通过制造凸点的模板所估算的体积进行良好校准后，该体积值与晶圆上凸点直径和高度的平均值间有着良好的一致性。在该工艺中的每个芯片大约含有11,000个凸点，这就使得一个8英寸的全晶圆片上共布满有9百万个凸点。
结论
高密度微凸点互连技术的需求正在不断增加，激光三角检测术为微凸点工艺控制提供了一种检测方法，它在检测分辨率、精度、灵活性和速度性能上足以满足在尺寸和节距上正在不断缩小凸点的发展需求。
12/7/2009
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