前言

在半導(dǎo)體制造全流程中，從硅棒制備、晶圓前道到后道封裝與成品測試，內(nèi)部缺陷與跨層結(jié)構(gòu)檢測始終是品質(zhì)管控的核心環(huán)節(jié)。隨著制程節(jié)點(diǎn)持續(xù)微縮、先進(jìn)封裝向2.5D/3D堆疊演進(jìn)，半導(dǎo)體器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度大幅提升，無損、高精度、高通量的內(nèi)部成像成為制程品質(zhì)管控的核心需求。

短波紅外（SWIR）成像依托硅材料透射特性，可在不損傷器件的前提下實(shí)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，正成為貫穿半導(dǎo)體制造全流程的關(guān)鍵檢測技術(shù)路徑。

一、半導(dǎo)體制程檢測難點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)缺陷隱蔽

在混合鍵合、3D堆疊等工藝下，空洞、分層、微裂紋等關(guān)鍵缺陷多分布于鍵合界面、硅通孔（TSV）內(nèi)部及多層材料之間，缺陷位置深、尺度小。

常規(guī)表面光學(xué)檢測無法穿透硅襯底觀測背面金屬層、內(nèi)層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記及內(nèi)部缺陷，對(duì)硅下結(jié)構(gòu)的檢測完全失效。

2、檢測效率與精度困境

當(dāng)前主流8寸、12寸晶圓檢測量產(chǎn)環(huán)境下，需同時(shí)滿足微米級(jí)缺陷識(shí)別精度與高通量產(chǎn)節(jié)拍要求。

超聲波掃描（SAM）、X射線檢測（X-ray）或掃描電子顯微鏡（SEM）檢測等技術(shù)方案雖能實(shí)現(xiàn)高精度成像，但檢測速度慢、無法滿足無損檢測需求，難以嵌入在線全檢流程，僅適用于實(shí)驗(yàn)室抽樣復(fù)檢。

二、?？乒怆姸滩t外成像方案

針對(duì)上述檢測痛點(diǎn)，?？乒怆姌?gòu)建覆蓋線陣、面陣形態(tài)的產(chǎn)品矩陣，可適配半導(dǎo)體制程中不同場景的檢測需求。

1、匹配硅透射窗口的高靈敏感光設(shè)計(jì)

單晶硅的禁帶寬度約為1.12eV，對(duì)應(yīng)光子截止波長約1100nm；波長大于該數(shù)值的光子能量（Eph）不足以激發(fā)價(jià)帶電子躍遷，因此可穿透一定厚度的硅襯底。

基于這一特性，?？乒怆姸滩t外全系產(chǎn)品采用全局快門InGaAs傳感器，在1100nm-1500nm關(guān)鍵波段具備高量子效率（QE），可有效捕捉穿透硅片后衰減的弱光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰成像。

線陣系列感光波段鎖定950~1700nm，過濾可見光等無效波段干擾，清晰區(qū)分硅、銅、介質(zhì)層等不同材料的界面與缺陷輪廓，強(qiáng)化硅下結(jié)構(gòu)的信號(hào)對(duì)比度；面陣系列覆蓋400~1700nm寬光譜范圍，單臺(tái)設(shè)備可同時(shí)支持表面可見光檢測與內(nèi)部短波紅外檢測，減少多工位硬件投入。

2、軟硬件協(xié)同的低噪聲成像架構(gòu)

環(huán)境溫度波動(dòng)、長曝光掃描均會(huì)導(dǎo)致短波紅外工業(yè)相機(jī)的暗電流升高，引發(fā)圖像噪聲增加、均勻性下降、動(dòng)態(tài)范圍壓縮等問題，直接影響微米級(jí)缺陷的檢出率。

針對(duì)該問題，埃科光電從硬件溫控與算法補(bǔ)償層面構(gòu)建低噪聲成像體系：

硬件層面采用TEC電子制冷與風(fēng)扇制冷雙重溫控架構(gòu)，可將傳感器工作溫度穩(wěn)定控制在低于環(huán)境溫度最高約28℃，從源頭上抑制暗電流產(chǎn)生，降低基礎(chǔ)噪聲水平。

算法層面搭載自研暗電流補(bǔ)償算法，對(duì)溫度漂移導(dǎo)致的圖像非均勻性進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，有效提升高溫、長曝光場景下的圖像動(dòng)態(tài)范圍與細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，保障產(chǎn)線長時(shí)間連續(xù)作業(yè)的成像一致性。

3、線陣/面陣全面配置

半導(dǎo)體制造不同工序?qū)z測的訴求存在差異：前道晶圓檢測側(cè)重大面積高通量全檢，封裝制程中鍵合、對(duì)準(zhǔn)工序側(cè)重局部高精度分析。埃科短波紅外產(chǎn)品線可覆蓋不同檢測場景的精度與效率需求。

線陣相機(jī)方案：高通量全檢

TPL系列短波紅外線陣相機(jī)采用12.5μm、25μm多種大像元規(guī)格，提升單像素光通量與信噪比，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格晶圓全表面的無縫掃描，適配晶圓減薄后隱裂檢測、薄膜沉積后內(nèi)部缺陷篩查、硅片內(nèi)部空洞排查等大面積全檢場景，在保障微米級(jí)檢測精度的同時(shí)，匹配量產(chǎn)線的節(jié)拍要求。

面陣相機(jī)方案：精密對(duì)準(zhǔn)與缺陷復(fù)檢

UA/TTS系列短波紅外面陣相機(jī)提供30萬、130萬、500萬像素分辨率，通過瞬時(shí)曝光獲取高分辨率局部圖像，適配混合鍵合跨層對(duì)準(zhǔn)、TSV填充質(zhì)量復(fù)檢、鍵合界面缺陷復(fù)核等精密檢測場景，可清晰呈現(xiàn)微米級(jí)互連結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，滿足工藝調(diào)優(yōu)與缺陷二次判定的高精度需求。

結(jié)語

短波紅外成像突破了傳統(tǒng)可見光檢測的維度限制，為半導(dǎo)體制程工藝提供了無損、高效的內(nèi)部品質(zhì)管控路徑。埃科光電短波紅外系列產(chǎn)品可覆蓋從晶圓制程到封裝測試的全流程檢測需求，支撐半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制造工藝精度提升與良率優(yōu)化。