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KLA:实现高良率异构封装组装 将需更多检测和量测步骤
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 报导】   2020年07月27日 星期一

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5G、IoT、人工智能和自动驾驶等市场持续增长,其动力是不断提升的半导体含量。CTIMES特地专访了KLA ICOS部门总经理Pieter Vandewalle,以及KLA营销高级总监Stephen Hiebert,来为读者厘清先进封装测试设备的技术需求与市场挑战。

KLA的ICOS F160系统可进行裂痕检测和晶片分类
KLA的ICOS F160系统可进行裂痕检测和晶片分类

先进封装在全新晶片设计中的作用不断提高,而在这些先进封装中检测到所有的缺陷则变得更加困难。 目前在提升制程检测方面有什麽进展? 检测设备在先进封装中的作用和重要性是什麽?

5G、IoT、人工智能和自动驾驶等市场持续增长,其增长的动力是其内部不断提升的半导体含量。尽管异构封装已经问世多年,但是该技术的应用在过去两年中急速增长,以满足功能更加复杂和功耗不断降低的需求。异构整合允许IC制造商在单个封装中堆叠更多的矽,从而提高晶体管的密度。将各种不同技术和功能的晶片组合在一起,可以实现强大的功能。这些变化影响了封装的最终设计,和封装内部的晶片组装,这其中包括了2.5D和3D晶片堆叠以及扇出封装等技术在内的多种当前使用的技术。

随着封装内的晶片数量不断增加,封装的整体价值也随之提高,已知良好晶片就变得越来越关键。在多晶片封装中添加每个晶片之前,必须对其进行检测和测试并验证其功能。因此,实现高良率的异构封装组装需要更多的检测和量测步骤。

总体而言,检测和量测技术可以为制程控制提供所需的资讯,这对於客户实现先进封装创新和定位差异的目标越来越重要。这些先进的封装制程的复杂性和价值不断地增加(制程步骤更多,图案和互连尺寸更小,更多器件整合),因此制程控制解决方案对於良率学习、制程偏移控制和品质保证至关重要。那些过去没有严格公差的制程步骤现在需要更高的精度来维持器件的性能水准。例如,封装尺寸和厚度的总体缩减导致晶片位置的公差变得更小,这进一步导致组装模组采用精密封装技术,而非传统的表面贴装技术(SMT)。对於高价值的先进封装,必须尽快检测出制程偏移,并对器件和封装在出入组装制程之际就做出认证。

KLA提供一流的检测和量测技术,结合其强大的侦测及分类算法,形成完整的制程控制解决方案。这些解决方案涵盖了封装制程中的所有关键步骤,其中包括:使用Zeta 5xx和6xx系统对晶圆和面板上进行高端3D轮廓分析,使用Kronos和CIRCL-AP系统进行晶圆级检测和量测制程控制,使用ICOS F160系统进行可靠的裂痕检测和晶片分类,以及使用ICOS 组件检测系统进行组件级别的检测和量测。 KLA拥与客户合作解决新封装挑战的丰富经验,协助客户成功开发新产品生产,并以成本效益高的方式提高整体良率。

对於覆晶晶片、WLP和TSV,其特徵尺寸更小,结构更复杂。 为了快速准确地获得检测结果,KLA做了哪些工作?

随着RDL线、TSV或微凸块的特徵尺寸变得更小,关键或影响良率的缺陷尺寸也不断缩减。针对这些更细小的缺陷,需要更为精细先进的光学检测系统对其进行检测。更加复杂的封装制程包含着更多的制程步骤,而且每个制程步骤可能有着不同的缺陷类型或机制。最後,如上所述,先进的封装方案通常将许多半导体器件以异构整合的方式组合在一起,这让封装的价值越来越高。对於这样的多晶片封装,必须采用先进的检测硬件和软件解决方案以对优劣晶片做出正确的分类。这些因素合在一起增加了检测的工作量,因此高度先进的检测技术十分必要,可以同时满足产量和缺陷检测的需求。

在晶圆级别,因为前段的临界尺寸要小得多,前段检测系统通常会提供比封装检测系统更高的分辨率和灵敏度。晶圆级封装检测系统通常包括诸如特殊的基板处理等功能,并且可以对封装制程缺陷类型进行检测。我们已经与合作夥伴一起,通过将前段分辨率和灵敏度应用於封装特有的缺陷机制来解决新的制程控制要求,同时保持专门针对封装的基板处理能力。随着先进封装中重分布层(RDL)和互连的尺寸不断减小,我们期??将前段技术应用到封装检测系统中的趋势将继续下去。

例如,我们推出了Kronos产品线,以满足高灵敏度和批量生产产量的要求,同时也能解决晶圆翘曲、薄或厚基板,以及先进封装制程中典型的多种制程变化的挑战。

通常新的光学设备可以检测5μm及以下的RDL。 KLA当前的检测性能如何?

较小的RDL(重分布层)线宽/线距尺寸用於整合两个及以上具有高频宽连接性的晶片。 批量生产中已经实现2微米的RDL金属线宽,同时1微米及更小线宽现在处於开发阶段。封装制造商需要用於更小RDL的检测解决方案,以实现线上制程控制并达到提升良率的目标。 KLA的晶圆检测系统为行业提供了2微米RDL线上缺陷检测的高灵敏度、高分辨率解决方案,并可以支持下一代小於2微米的RDL。

具有三或四层RDL的扇出型封装可能需要10到15个线上检测步骤。为了获取检测的准确性,是否必须牺牲检测速度?

产线上缺陷检测是一种在半导体制造前段中快速确定良率限制因素并改善学习周期的成熟方法。封装技术的先进发展正导致着封装制造商遵循类似的轨迹,需要更多的产线上检测步骤以及更高的灵敏度,从而快速取得制程进步并且不断提升良率。额外的检测时间会加速学习周期,这会显着提高利润。通常,产线上制程控制用於提升良率,因此检测和量测系统的重点是针对良率影响最大的制程步骤,同时对其采用高采样率(高达100%),而智慧采样则用於要求不高的制程步骤。这样可以优化检测覆盖范围和准确性,而不必权衡速度和准确性。随着先进封装生产中所采用的不同封装技术的数量不断增加,产线上检测从根源上进行制程控制且提供了必要的资料,因此资料的准确性至关重要。

在垂直整合中,凸块和柱状结构的表面光泽度很高或呈镜面状,这给检测带来了新的挑战。 KLA的光学检测系统是否已为此做好准备?

材料和形状的多样性在增加,而尺寸却在缩小。对於成品封装,材料的光泽度是量测的另一个挑战,因为需要在一个封装上同时检测有光泽和无光泽的物体。我们开发了针对高光泽度特徵量测功能的检测系统。

另一个问题是,封装成品中可能有晶片裸露在外,这让它们更易碎并且更容易产生裂痕。在晶片组装之前,由机械切割步骤引起的应力和激光刻槽制程中的热应力会导致晶片内部出现看不见的致命缺陷。尽管从外部看不见这些裂痕,但它们会通过密封圈在矽中扩张并造成器件损坏。 ICOS F160晶片分拣和检测系统可以采用其专利红外技术检测这些看不见的影响良率缺陷,从而在大批量生产中对内部裂痕进行可视化。在最终封装组装期间和功能测试等的制程中,晶片可能会因应力而破裂。 KLA ICOS检测器上的晶片裂痕检测模组能够可靠地检测最终封装中的这些裂痕。

针对尺寸缩放、更为复杂的制程以及对品质的更高要求,KLA当前的研发重点是什麽?

我们与客户紧密合作,以确保我们可以帮助他们实现当前和未来的品质目标。因此,我们需要了解他们发展的制程控制需求。我们预期将需要继续提高检测灵敏度,以满足未来尺寸缩放的要求,同时确保我们能够具有灵活度,可以为未来各种不同的复杂制程方案提供所需的良率提升的方法。

除了上述许多主题之外,我们正在针对一些特定领域开发封装成品的功能,其中包括封装内天线(AIP)的检测和量测、隔室屏蔽、大型服务器和GPU封装等。对於晶圆级,混合键技术,晶圆到晶圆和晶片到晶圆的变化形式的是另一个令人兴奋的结构,它通过缩小互连间距至几微米以提升性能。这一制程的复杂性带来一系列挑战,制程控制是至关重要的。

關鍵字: KLA 
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