用于监测硅片应力的红外光弹仪

为检测硅片在制造工艺中的应力变化,研制了可用于硅片应力检测/监测的红外光弹(IRPE)系统,获得了芯片的红外光弹图像。利用该系统得出了硅通孔(TSV)结构在退火过程中的应力变化,并发现虽然制造技术和工艺完全一样,但每个TSV的初始残余应力是不同的。不同的TSV取得零应力的温度点也不相同,然而当温度达到一定值时,所有TSV都将保持零应力状态。此外,该系统也用于晶圆键合质量的评价,相对于一般红外显微镜,其检测效果更佳,与超声法相比,其检测效果相当,但效率更高且不需耦合剂。

硅通孔的应力评价

硅通孔(TSV)是三维电子封装的关键部位,因此分析其应力状态对评估TSV可靠性非常重要。建立了微型红外光弹性系统,并可施加热载荷来表征TSV结构的应力。在测试系统的全域和实时的模式下得到结论:即便制造技术和工艺是一样的,每个TSV应力状态是不同的;不同的TSV其零应力温度也不相同;并且即便温度升高,TSV仍保持零应力状态。为了对TSV的应力进行定量分析,建立了有限元模型,获得了TSV在不同零应力的温度下的应力状态。基于光弹性原理和有限元结果构造出不同零应力温度下的虚拟光弹性条纹,通过虚拟条纹与实验结果的对比,选取适当的虚拟光弹性条纹图案从而可确定TSV的应力。