混合键合与先进封装的过程控制：如何在缺陷演变成昂贵失效前发现它们

互补的检测与量测技术如何在统一的工作流中检测更小的缺陷，并区分多种缺陷类型。

在先进封装中，价值随着一层层、一个组件一个组件、一个工艺步骤一个工艺步骤地累积。当芯粒、高带宽内存堆栈或混合键合器件到达组装环节时，制造商已经在这些器件上投入了大量的材料和工艺资源。此阶段一个未被发现的缺陷可能会危及整个更大的组装体。

使这一挑战更加复杂的是，封装特征尺寸的不断缩小正使先进封装的要求逐渐接近历来与前端制造相关的公差。未来，制造商将面临越来越大的压力，需要检测更小的缺陷并表征日益复杂的结构。

然而，挑战并不仅限于更小的表面缺陷。

先进封装工艺可能带来表面、侧壁和亚表面检测方面的挑战，包括颗粒、裂纹、埋入式缺陷、微凸点不规则和键合空洞。它们还需要对凸点高度和表面轮廓进行精确测量。随着缺陷类型和工艺控制要求变得更加多样化，制造商需要灵活地在统一工作流中应用互补的检测与量测技术。

因此，制造商需要能够应对每一层特定风险的工艺控制策略。高灵敏度2D检测可以识别表面颗粒和与图形相关的异常，而高速红外亚表面检测可以揭示原本隐藏的空洞和埋入式缺陷。3D量测可以测量关键的微凸点高度和表面轮廓，帮助制造商更全面地表征先进封装结构。目标是在必须做出制造决策的关键节点，为工艺工程师提供他们所需的信息。

然而，灵敏度不能以牺牲生产率为代价。随着特征尺寸缩小，检测必须在保持大批量制造所需产能的同时，检测出更小、更细微的缺陷。如果检测吞吐量过低，它可能成为本已资本密集型生产流程中的瓶颈。

先进的光学架构、多照明角度和专门设计的成像技术可以帮助提高难以检测缺陷的可见性。多角度照明可以提高侧壁和低对比度缺陷的可见性，而这些缺陷用传统的明场或暗场检测可能难以发现。但更高的可见性只是挑战的一部分。

图1：制造商必须使检测与量测能力与该层相关的特定风险和决策点相匹配。

每一层都有不同的工艺控制要求。制造商必须使检测与量测能力与该层相关的特定风险和决策点相匹配（图1）。用于为混合键合准备表面的化学机械平坦化（CMP）步骤就说明了这一挑战。由于制备的表面必须满足严苛的要求，即使是很小的瑕疵也可能成为限制良率的因素。随着键合间距缩小，制造商需要在这个关键阶段拥有更高的检测灵敏度和更严格的工艺控制。

更高的灵敏度带来了另一个挑战：确定哪些缺陷需要采取行动。由于先进封装结合了多种材料、结构和表面状况，检测到的事件数量和多样性也随之增加，如果没有有效的分类，工程师可能要花费宝贵时间审查干扰性或低优先级的检测结果。更多的检测并不自动带来更好的决策。制造商需要的不仅仅是一张缺陷图。有效的分类有助于将可能与良率相关的缺陷与干扰性缺陷区分开来，并把检测结果转化为可执行的工艺信息。

更早、更有把握的决策

先进封装制造商必须保护日益增长的器件价值，同时检测更小的缺陷，并在更广泛的缺陷类型之间加以区分。归根结底，一个达到量产水准的工艺控制策略应该能帮助制造商回答五个问题：

• 这个器件是否应该继续进入下一个工艺步骤？
• 工艺是否开始出现漂移？
• 哪些缺陷最有可能影响良率？
• 能否在不拖慢生产的情况下找到这些缺陷？
• 检测策略能否随着结构和要求的变化而调整？

如今的制造商需要一个灵活的、集成的平台，将互补的检测和量测能力整合起来，从而在整个工艺流程中回答这些问题。将这些能力整合在一个单一平台上，可以让制造商在统一的工作流中灵活应对各种工艺要求，同时改善拥有成本，并更高效地利用宝贵的洁净室空间。

通过找出相关缺陷、评估其潜在影响，并在受损器件流向下游之前提供可执行的信息，制造商可以更早做出处置决策，更有效地响应工艺波动，并更好地保护良率。

在本系列的下一篇博客中，我们将探讨制造商如何将这种集成方法延伸到前道工艺控制，连接来自晶圆表面、边缘和背面的信息，以支持更好的制造决策。

我们期待您的加入。

Yong Gao

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Yong Gao 是 Onto Innovation 的产品营销高级总监。