半導(dǎo)體芯片紫外熒光無損檢測

高旭東

摘要：無損檢測技術(shù)（NondestructiveTesting，ND）是一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，它是在不破壞或損壞被檢測對象的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶?、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷，并對缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化作出判斷和評價。無損檢測作為整個檢測的分支，已成為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)線不可缺少的一部分。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體芯片;檢測

1前言

半導(dǎo)體芯片廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域、各類電子產(chǎn)品，已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展、國家信息安全的命脈，深刻影響著現(xiàn)代人類的生活。在半導(dǎo)體芯片封裝制造過程中，不可避免地在芯片表面產(chǎn)生各類缺陷，直接影響到芯片的運行效能及壽命。傳統(tǒng)人工目視檢測法己經(jīng)難以適應(yīng)半導(dǎo)體芯片封裝制造的高速、高精度的檢測需求。利用機器視覺技術(shù)對芯片表面缺陷進行檢測，具有無接觸無損傷、檢測精度高、速度快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。盡管目前基于機器視覺的芯片缺陷檢測技術(shù)在芯片打印字符、引腳外觀尺寸位置等方面的研究已取得很好的進展，但對于芯片表面的外觀缺陷檢測與分類研究尚處于起步階段。同時，芯片表面缺陷在線檢測與分類對圖像處理算法在線應(yīng)用的可行性、計算精度、實時性與運行效率提出了更高的要求。

2無損檢測新技術(shù)

2.1超聲相控陣技術(shù)

超聲檢測是應(yīng)用最廣泛的無損檢測技術(shù)，具有許多優(yōu)點，但需要稠合劑和換能器接近被檢材料，因此，超聲換能、電磁超聲、超聲相控陣技術(shù)得到快速發(fā)展。其中，超聲相控陣技術(shù)是近年來超聲檢測中的一個新的技術(shù)熱點。

2.2激光無損檢測

由于激光具有單色性好、能量高度集中、方向性很強等特點，其在無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大，并逐漸形成了激光全息、激光散斑、激光超聲等無損檢測新技術(shù)。激光全息是激光無損檢測中應(yīng)用最早、最多的一種方法，其基本原理是通過對被測物體施加外加載荷，利用有缺陷部位的形變量與其它部位不同的特點，通過加載前、后所形成的全息圖像的迭加來判斷材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在不連續(xù)性。作為一種干涉計量術(shù)，激光全息技術(shù)可以檢測微米級的變形，靈敏度極高，具有不需接觸被測物體，檢測對象不受材料、尺寸限制，檢測結(jié)果便于保存等優(yōu)點，已應(yīng)用在復(fù)合材料、印制電路板、飛機輪胎等的缺陷檢測中。

2.3紅外無損檢測

紅外檢測是基于紅外輻射原理，通過掃描記錄或觀察被檢測工件表面上由于缺陷所引起的溫度變化來檢測表面和近表面缺陷的無損檢測方法，可分為有源紅外檢測（主動紅外檢測）和無源紅外檢測（被動紅外檢測）。紅外檢測的主要設(shè)備有紅外熱像儀、紅外探測器等。紅外檢測具有非接觸、遙感、大面積、快速有效、結(jié)果直觀的優(yōu)點。

紅外熱波技術(shù)是最新發(fā)展起來的一種無損檢測技術(shù)，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。它是一種利用紅外熱成像技術(shù)，通過主動式受控加熱來激發(fā)被檢測物中缺陷的無損檢測。該方法使用大功率閃光燈、超聲波、激光、微波和電磁感應(yīng)等作為熱源，具有適用面廣、速度快、直觀、可定量測量等特點。作為一項通用技術(shù)，紅外熱波無損檢測具有很強應(yīng)用性和可拓展性，有著十分廣泛的應(yīng)用前景。

2.4微波無損檢測

微波無損檢測技術(shù)將在330-3300MHz中某段頻率的電磁波照射到被測物體上，通過分折反射波和透射波的振幅和相位變化以及波的模式變化，了解被測樣品中的裂紋、裂縫、氣孔等缺陷，確定分層煤質(zhì)的脫粘、夾雜等的位置和尺寸，檢測復(fù)合材料內(nèi)部密度的不均勻程度。

2.5磁記憶檢測

磁記憶檢測方法就是通過測量構(gòu)件磁化狀態(tài)來推斷其應(yīng)力集中區(qū)的一種無損檢測方法。該檢測技術(shù)是俄羅斯杜波夫教授于20世紀(jì)90年代初提出，并于90年代后期發(fā)展起來的用于檢測材料應(yīng)力集中和疲勞損傷的一種新的無損檢測與診斷方法。壓力容器在運行過程中受介質(zhì)、壓力和溫度等因素的影響，易在應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞開裂和誘發(fā)裂紋，在高溫設(shè)備上還容易產(chǎn)生蠕變損傷。因此，應(yīng)力集中區(qū)常常是構(gòu)件受損的薄弱部位，而50%以上的損傷和事故是在應(yīng)力集中區(qū)突然發(fā)生的。

3測試原理與設(shè)備和實驗分析

3.1測試原理與設(shè)備

在實驗裝置中適當(dāng)安置光源、樣品、成像屏的位置，在屏上可獲得由光源發(fā)射的、經(jīng)由樣品面反射的光斑，由于這束光從發(fā)射到屏經(jīng)過了相同的時間和距離，那么從波動光學(xué)的角度討論，它們的變化與相位無關(guān)，僅僅與強度有關(guān)。如果光源是完全理想均勻的，樣品表面同樣是完全理想的反射面，那么屏上獲得的將是光源被反射部分關(guān)于強度的均勻的信息;由于光源部分可以通過適當(dāng)?shù)氖侄伪ＷC均勻度，而屏上光斑強度均勻度發(fā)生變化當(dāng)且僅當(dāng)與被照射的樣品反射面有關(guān)，也就是說，人射光經(jīng)由反射面的作用，攜帶上了有關(guān)反射面上各個點對相應(yīng)其各束人射光不同的反射能力的信息形成不同強度的光束，因此在屏上形成亮度不均勻的光斑關(guān)于樣品表面的光學(xué)圖像。

3.2實驗分析

近兩年來，在對大量的GaAs和Si材料拋光片進行實驗研究的過程中，積累了較豐富的圖像和數(shù)據(jù)資料;同時對所發(fā)現(xiàn)包含有不同缺陷的晶片，開展了進一步的深入實驗，主要方法為：利用霍爾測試、微區(qū)電阻率測試、傅立葉變換紅外光譜儀等手段對晶片進行全片分析，將結(jié)果分布圖與晶片原始圖像的方差分布圖對比，從對比結(jié)果可見，缺陷分布情況與其他手段所獲得的結(jié)果基本一致;利用臺階儀測試刀痕及劃痕、EPD腐蝕后金相顯微鏡下獲得晶片的圖像與晶片原始圖像對比，結(jié)果證實圖像對刀痕及劃痕等表面缺陷的顯示與晶片表面的實際情況是完全一致的;對存在于表層以下的、用傳統(tǒng)方法無法直接見到的缺陷，用本方法同樣可以準(zhǔn)確顯現(xiàn)，而且不損傷晶片，不用對晶片做任何預(yù)處理，方便快捷，真正做到了“即驗即得”;對于晶片背面的劃痕或表面缺陷，本方法有較好的探測顯示能力，這對于一般晶片似乎意義不大，但對于鍵合材料片來說，就變得十分重要一圖像將鍵合面的情況清晰地顯示，這對于鍵合工藝的檢查和指導(dǎo)作用是不言而喻的，同時還可以大大提高鍵合器件生產(chǎn)的成品率。在器件的生產(chǎn)過程中，晶片表面有被沾污或其他原因引起圖形變形及表面形成某種析出的可能，本方法可清晰地顯示上述缺陷;本方法對晶片表面及體內(nèi)的諸多缺陷，有良好顯示解析能力，而通常對這些缺陷的檢測需繁復(fù)的過程，且需破壞晶片，其中某些缺陷還是無法檢測的。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，離子注入和外延材料的缺陷較之它們注入前或外延前，有“放大”的現(xiàn)象。這似乎和材料的制備工藝有關(guān)，而且離子注入材料重于外延材料，這一現(xiàn)象在剝離霍爾研究中已經(jīng)出現(xiàn)過。

4結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國工程設(shè)備的機械化水平越來越高，特種工程設(shè)備更是如此，隨之而來的是此類設(shè)備的機械故障的檢修更加的困難，在這種情況下傳統(tǒng)的檢測方法已很難滿足需要。本文首先分析了我國工程機械設(shè)備檢修的現(xiàn)狀，接著著重介紹了無損檢測技術(shù)的實踐應(yīng)用，為同行工作者提供相應(yīng)參考依據(jù)。