MEMS器件近红外检测技术|行业干货分享

MEMS的分选是*典型的应用。MEMS是把微型机械部件、微型传感器、微电路集成到一个芯片上；为确保MEMS的运作，对其进行缺陷检测是至关重要的，但很多机械性能无法通过电气或功能测试来确定。因为这些缺陷往往位于基板上或器件与封盖晶圆之间连接的纽带上，所以单纯的可见光图像检测技术是远远不够的。因此，近红外检测是作为一种无损的技术既可以检测上下表面的缺陷，也可以检测器件内部的缺陷。理论上讲，这种技术可以检测所有的缺陷，例如，检测颗粒（污染），蚀刻线和对齐标记，结构，完整性，空隙率以及烧结工艺的质量，这里不再一一列举。
 

缺陷的种类以及检测方法：

实验表明MEMS器件近红外检测技术能够检测MEMS生产过程中的一系列的重要缺陷。此外，MEMS器件近红外检测技术还能测量Bonding的晶圆片内部的结构。
下面介绍几种常见的缺陷：
 

颗粒

颗粒在晶圆上出现大致分为三个位置：顶部，底部，以及两片晶圆中间。其中，第三种情况是*难检测的，因为紫外或者可见光技术只能检测分层之间位于顶部和底部的颗粒。在晶圆中间的颗粒，只有通过红外图像的方法才能检测，这些颗粒可以通过红外图像看到；因为硅片对红外光是透明的，所以在明亮的背景中，暗点就是我们要检测的颗粒物；有一些硅的碎片，因为表面倾斜角较大，也会有类似的效果。但是这个问题可以通过特定的算法，粒子可以与显微结构的背景和粘合剂区分开来。

这种工艺，两个晶圆片是直接bonding到一起，中间并没有任何基底。因此，用这种bonding方式很少会出现渗入或渗出的现象。共晶/熔融粘合晶圓很少会分层，但是空隙仍然是需要考虑的重要因素。

精确定位间隙的位置，尺寸，甚至间隙厚度的能力，可以挑出存在空隙影响的晶粒，避免因为一小部分晶粒存在空隙废了一整片晶圆；
 

烧结缺陷

在bonding的过程中由于用了采用烧结工艺，所以生产过程中焊点材料的内部会存在各种各样的缺陷： 

渗入现象

渗出现象

烧结效果检测

Bonding晶圆片的方法有很多种，像共晶，融合，烧结等。在MEMS器件的烧结工艺中，通常需要一种特别的玻璃球夹在在两片晶圆中作为焊点材料；这些玻璃球会通过丝网印刷或者喷涂工艺附着到晶圆的特定区域，然后在bonding过程中，通过特定的温度和压力，熔化焊点的玻璃球，从而把两片晶圆bonding到一起。在Bonding工艺完成后，是无法通过可见光成像的方法来检测bonding质量的；而近红外光能够穿透硅片，所以在Bonding之后，近红外成像能非常方便的检测器件及Bonding过程的缺陷。
 

刻蚀线检测

湿法化学刻蚀中，需要把晶圆泡到溶液中，所以没有办法检测每一条刻蚀线，通常通过抽样检测来管控整个工艺流程。在刻蚀完成后，bonding之前做抽检，可以得到较好的分辨率，但是需要昂贵的设备。刻线检测主要是测试线宽，位置，与其他线的距离或者与对齐标记的距离，其实可以在做其他红外成像检测的时候顺便就完成。
 

对齐标记检测

对齐标记在器件和晶圆上均有，通常在bonding之前，都已经做了检查，所以通常没有做重复检查。但是在bonding过程中，仍然可能存在误差导致无法对准。因为红外成像技术可以穿透两层硅片，所以在检测器件和晶圆之间的对齐标志的绝 对位置的时候，同时就可以检测相对位置，所以只需检测两个对齐标记的重叠状况及可以知道是否已经对齐；
 

宏观结构检测