半导体芯片紫外荧光无损检测

高旭东

摘要：无损检测技术（NondestructiveTesting，ND）是一门新兴的综合性应用学科，它是在不破坏或损坏被检测对象的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。无损检测作为整个检测的分支，已成为工业产品生产线不可缺少的一部分。

关键词：半导体芯片;检测

1前言

半导体芯片广泛应用于各个领域、各类电子产品，已经成为经济发展、国家信息安全的命脉，深刻影响着现代人类的生活。在半导体芯片封装制造过程中，不可避免地在芯片表面产生各类缺陷，直接影响到芯片的运行效能及寿命。传统人工目视检测法己经难以适应半导体芯片封装制造的高速、高精度的检测需求。利用機器视觉技术对芯片表面缺陷进行检测，具有无接触无损伤、检测精度高、速度快、稳定性高等优点。尽管目前基于机器视觉的芯片缺陷检测技术在芯片打印字符、引脚外观尺寸位置等方面的研究已取得很好的进展，但对于芯片表面的外观缺陷检测与分类研究尚处于起步阶段。同时，芯片表面缺陷在线检测与分类对图像处理算法在线应用的可行性、计算精度、实时性与运行效率提出了更高的要求。

2无损检测新技术

2.1超声相控阵技术

超声检测是应用最广泛的无损检测技术，具有许多优点，但需要稠合剂和换能器接近被检材料，因此，超声换能、电磁超声、超声相控阵技术得到快速发展。其中，超声相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。

2.2激光无损检测

由于激光具有单色性好、能量高度集中、方向性很强等特点，其在无损检测领域的应用不断扩大，并逐渐形成了激光全息、激光散斑、激光超声等无损检测新技术。激光全息是激光无损检测中应用最早、最多的一种方法，其基本原理是通过对被测物体施加外加载荷，利用有缺陷部位的形变量与其它部位不同的特点，通过加载前、后所形成的全息图像的迭加来判断材料、结构内部是否存在不连续性。作为一种干涉计量术，激光全息技术可以检测微米级的变形，灵敏度极高，具有不需接触被测物体，检测对象不受材料、尺寸限制，检测结果便于保存等优点，已应用在复合材料、印制电路板、飞机轮胎等的缺陷检测中。

2.3红外无损检测

红外检测是基于红外辐射原理，通过扫描记录或观察被检测工件表面上由于缺陷所引起的温度变化来检测表面和近表面缺陷的无损检测方法，可分为有源红外检测（主动红外检测）和无源红外检测（被动红外检测）。红外检测的主要设备有红外热像仪、红外探测器等。红外检测具有非接触、遥感、大面积、快速有效、结果直观的优点。

红外热波技术是最新发展起来的一种无损检测技术，受到国内外的广泛关注。它是一种利用红外热成像技术，通过主动式受控加热来激发被检测物中缺陷的无损检测。该方法使用大功率闪光灯、超声波、激光、微波和电磁感应等作为热源，具有适用面广、速度快、直观、可定量测量等特点。作为一项通用技术，红外热波无损检测具有很强应用性和可拓展性，有着十分广泛的应用前景。

2.4微波无损检测

微波无损检测技术将在330-3300MHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上，通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化，了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷，确定分层煤质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸，检测复合材料内部密度的不均匀程度。

2.5磁记忆检测

磁记忆检测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法。该检测技术是俄罗斯杜波夫教授于20世纪90年代初提出，并于90年代后期发展起来的用于检测材料应力集中和疲劳损伤的一种新的无损检测与诊断方法。压力容器在运行过程中受介质、压力和温度等因素的影响，易在应力集中的部位产生应力腐蚀开裂、疲劳开裂和诱发裂纹，在高温设备上还容易产生蠕变损伤。因此，应力集中区常常是构件受损的薄弱部位，而50%以上的损伤和事故是在应力集中区突然发生的。

3测试原理与设备和实验分析

3.1测试原理与设备

在实验装置中适当安置光源、样品、成像屏的位置，在屏上可获得由光源发射的、经由样品面反射的光斑，由于这束光从发射到屏经过了相同的时间和距离，那么从波动光学的角度讨论，它们的变化与相位无关，仅仅与强度有关。如果光源是完全理想均匀的，样品表面同样是完全理想的反射面，那么屏上获得的将是光源被反射部分关于强度的均匀的信息;由于光源部分可以通过适当的手段保证均匀度，而屏上光斑强度均匀度发生变化当且仅当与被照射的样品反射面有关，也就是说，人射光经由反射面的作用，携带上了有关反射面上各个点对相应其各束人射光不同的反射能力的信息形成不同强度的光束，因此在屏上形成亮度不均匀的光斑关于样品表面的光学图像。

3.2实验分析

近两年来，在对大量的GaAs和Si材料抛光片进行实验研究的过程中，积累了较丰富的图像和数据资料;同时对所发现包含有不同缺陷的晶片，开展了进一步的深入实验，主要方法为：利用霍尔测试、微区电阻率测试、傅立叶变换红外光谱仪等手段对晶片进行全片分析，将结果分布图与晶片原始图像的方差分布图对比，从对比结果可见，缺陷分布情况与其他手段所获得的结果基本一致;利用台阶仪测试刀痕及划痕、EPD腐蚀后金相显微镜下获得晶片的图像与晶片原始图像对比，结果证实图像对刀痕及划痕等表面缺陷的显示与晶片表面的实际情况是完全一致的;对存在于表层以下的、用传统方法无法直接见到的缺陷，用本方法同样可以准确显现，而且不损伤晶片，不用对晶片做任何预处理，方便快捷，真正做到了“即验即得”;对于晶片背面的划痕或表面缺陷，本方法有较好的探测显示能力，这对于一般晶片似乎意义不大，但对于键合材料片来说，就变得十分重要一图像将键合面的情况清晰地显示，这对于键合工艺的检查和指导作用是不言而喻的，同时还可以大大提高键合器件生产的成品率。在器件的生产过程中，晶片表面有被沾污或其他原因引起图形变形及表面形成某种析出的可能，本方法可清晰地显示上述缺陷;本方法对晶片表面及体内的诸多缺陷，有良好显示解析能力，而通常对这些缺陷的检测需繁复的过程，且需破坏晶片，其中某些缺陷还是无法检测的。实验过程中发现，离子注入和外延材料的缺陷较之它们注入前或外延前，有“放大”的现象。这似乎和材料的制备工艺有关，而且离子注入材料重于外延材料，这一现象在剥离霍尔研究中已经出现过。

4结束语

随着经济的发展，我国工程设备的机械化水平越来越高，特种工程设备更是如此，随之而来的是此类设备的机械故障的检修更加的困难，在这种情况下传统的检测方法已很难满足需要。本文首先分析了我国工程机械设备检修的现状，接着着重介绍了无损检测技术的实践应用，为同行工作者提供相应参考依据。