光學自動檢測
專訪陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman/產品協理蔡孟樵 檢測技術克服先進封裝挑戰
陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵(圖1)表示,在先進封裝結構日益複雜,單一封裝體內整合的晶片數量不斷增加之際,封裝廠對個別晶片的事前檢測,以及封裝成品的檢測需求,也跟著提高。如果封裝廠沒有在事前對晶粒進行全面檢測,萬一把故障的晶粒包進封裝,則整個封裝好的產品都會報廢。
圖1 陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵表示,先進封裝結構日益複雜,落實檢測對成本/良率的控管越來越重要。
另一方面,在晶片或封裝製程中產生的小瑕疵,有可能會隨著時間經過而惡化,導致整個元件失效。為了提高產品的可靠度,封裝廠必須導入更先進的檢測設備,才能抓到這些很容易被忽略的製程瑕疵。
晶粒檢測聚焦三大類瑕疵
一般來說,封裝廠的晶片瑕疵檢測,主要聚焦在三大類瑕疵,一是晶片正面的髮絲裂縫,二是在晶圓切割後產生的邊牆(Side Wall)裂縫,三是晶粒背面的裂縫。其中,邊牆裂縫是最棘手的問題,因為這類裂縫位在晶粒的側面,很難用傳統可見光檢測發現,但這類裂縫在晶片封裝完成,上電運作後,會因為晶片不斷熱漲冷縮,導致裂縫越來越大,最終造成元件失效。
要精準抓到這類瑕疵,必須靠特殊的可見光設計並搭配紅外線檢測,但紅外線檢測的速度遠不如可見光,因此業界始終很難有效率地處理這類瑕疵。所幸,邊牆裂縫的出現,跟晶粒本身的線路布局有很高的關聯性,當晶粒中某些區域承受的應力特別大時,該區域出現邊牆裂縫的機率也會增加。因此,陸得斯發展出一套對應的工具,會針對晶粒中承受高應力的區域進行額外的紅外線輔助檢測,以便在對檢測速度影響最小的前提下,強化邊牆裂縫的檢出率。
至於晶粒背面的裂縫,則是雷射切割製程的衍生結果。雷射切割其實沒有真的把晶圓切割成一顆顆晶粒,而是用雷射讓切割線所在位置的晶圓材質變得較為脆弱,等晶圓背後貼上藍膜,進行晶圓擴張時,晶粒才會受力分割開來。這種新的切割法不會造成邊牆現象,但卻會使晶圓背面承受額外應力,進而導致晶粒背面出現裂縫。
因此,封裝廠如果採用雷射切割技術,雖然不需要擔心邊牆裂縫,卻得對晶粒的正反兩面都進行瑕疵檢測,以確保良率。針對背面檢測,有些檢測設備是採取雙面同步探測,但解析度不足是這類設備普遍存在的問題。因此,陸得斯並未採取這種設計架構,而是用把待測晶圓翻面的方法,以確保測試機台的解析度夠高,能準確偵測出這類瑕疵。
RDL日益複雜 螢光檢測讓問題一覽無遺
在完成晶粒檢測,進入封裝製程後,封裝廠目前在檢測方面所遇到的最主要挑戰,就是如何鎖定重布線層(RDL)的缺陷。特別是在RDL線寬間距(L/S)從10/10微米迅速微縮到2/2微米,且堆疊層數越來越多的情況下,有機聚合物材料(PI)上的光阻劑殘留跟金屬線路沉積殘留等缺陷偵測,都會變得更加困難。
針對這些問題,陸得斯使用獨特的螢光檢測方法一次解決。在某些特定波長的螢光照射下,光阻劑若有殘留,該區域會出現螢光反應,而在此同時,因為金屬材質不會反射螢光,在畫面上會形成黑暗區域,因此檢測人員可以很輕鬆地發現光阻劑跟金屬沉積的異常殘留。
矽中介層面積過大 精準對位要靠線掃描
如果封裝廠是使用矽中介層(Si-interposer)來進行先進封裝,例如台積電的CoWoS,要面對的技術挑戰,主要是在對位(Alignment)上。因為隨著晶片封裝尺寸越來越大,表面又缺乏可以參照對位的特徵,所以對AOI設備會是一個非常大的挑戰。
傳統的對位機台使用區域掃描技術,一次只能掃描固定面積的區域,也就是機台的FoV。但對大晶片而言,若FoV不夠大,則會導致檢測設備無法準確對位而導致量測結果產生誤差。是故,陸得斯採取線掃描的新作法,讓機台的FoV得以大幅擴張,並搭配自行研發的演算法讓提升對位的精準度並且進行有效量測。
檢測問題日益複雜 技術配套必須更全面
事實上,陸得斯是一家產品線涵蓋十分全面的公司,除了檢測跟計量(Metrology)相關設備外,該公司還提供後段封裝所需的微影設備、步進機到晶圓探針卡以及各種軟體配套方案。這使陸得斯可用非常宏觀的角度來看整個封測產業的趨勢。
陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman(圖2)指出,建構廣泛的產品組合,是該公司的核心發展策略之一。藉由提供完整的產品組合,該公司可以滿足封測廠客戶各種製程的需求,同時也把自家公司全面嵌入到客戶的產線裡。因此,該公司在過去十年,一直透過各種購併來壯大產品線陣容,並創造更大綜效。
圖2 陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman認為,後段檢測所遭遇到的問題將越來越複雜,技術配套必須更全面才能滿足客戶需求。
也因為陸得斯不僅提供檢測與計量,還提供高價的微影設備跟步進機台,因此公司可以很容易接觸到客戶的高層主管,進而在商業競爭中領先一步。技術領先與商業人脈等因素,不僅累積出公司現有的競爭優勢,也形成市場進入障礙。