專利名稱：發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片缺陷的檢測裝置及方法，特別涉及利用發(fā)射顯微鏡進行芯片高溫缺陷檢測的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在半導體制造過程中，隨著元件尺寸微小化的趨勢，對晶片中缺陷及雜質(zhì)的容忍度越來越嚴格。晶片的品質(zhì)主要由電性參數(shù)來決定，而電性參數(shù)的好壞則依賴于所用材料和制造工藝的品質(zhì)。故障分析(failure analysis，F(xiàn)A)對制造工藝的改進很重要，因為不管是哪一種故障(Failure)，都會有故障模式(Failure Mode)出現(xiàn)，如電性參數(shù)異常，再經(jīng)過一些故障位置隔離技術(shù)將故障位置找出。再利用反向工程技術(shù)，如層次去除或剖面切割來使缺陷或異常位置露出，再使用微分析技術(shù)分析其異常形成的原因來推斷出產(chǎn)生故障的機理，進一步找出原因，以便在制造工藝上采取改進措施。
在故障分析中，發(fā)射顯微鏡是重要的技術(shù)手段。因為多數(shù)芯片級缺陷在芯片工作過程中會發(fā)射光，發(fā)射顯微鏡利用這個光可以找出芯片上缺陷的準確位置。那么故障分析工程師可以進一步將芯片下線，圖像化缺陷的詳細細節(jié)并研究其產(chǎn)生的原因。但是有些類型的故障如熱電子遷移、氧化層擊穿、閂鎖等只在高溫(如85℃至150℃)環(huán)境下產(chǎn)生。這使缺陷工程師難以在現(xiàn)有測試條件下識別故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供檢測芯片高溫缺陷的裝置及方法，利用發(fā)射顯微鏡檢測芯片缺陷發(fā)射的光，但特別是有些缺陷如熱電子產(chǎn)生的漏電流，氧化層擊穿或閂鎖故障只在高溫時才發(fā)射光，進行缺陷檢測。
本發(fā)明的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，包括
本體，具有上基板、下基板、側(cè)板形成一可容置空間，其一側(cè)有開口，兩側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)置有支撐部分；上基板上有一窗口；加熱裝置，具有加熱部分和測溫探頭，埋設(shè)于上下基板中，溫控器置于本體外，為本體空間提供溫度可以控制的熱環(huán)境；印刷電路板由本體的開口插入，置于本體內(nèi)由本體支撐部分支撐，其具有一透明玻璃窗，與本體上基板上的窗口對應，芯片粘結(jié)在該透明玻璃窗上并與其電性連接；發(fā)射顯微鏡，置于本體上方，其鏡頭與本體的上基板上的窗口對應，以接收芯片發(fā)射并透過窗口的光。
根據(jù)本發(fā)明，本體內(nèi)的支撐部分是凹型滑槽，以使印刷電路板沿著凹型滑槽移進移出，或者是凸緣，以使印刷電路板沿著凸緣上面移進移出，并起支撐作用。
本發(fā)明的加熱裝置中的加熱部分是電阻絲或電熱絲，測溫探頭為熱電偶或熱電阻。
根據(jù)本發(fā)明，印刷電路板上設(shè)置引線接合焊盤于玻璃窗周圍，分別以引線連接在一起，而焊盤通過引線分別與相應的引腳連接。
本發(fā)明的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置檢測芯片缺陷的方法，包括去除芯片外部的封裝材料，背面拋光；芯片背面粘結(jié)到印刷電路板上，并與其電性連接；粘結(jié)芯片的印刷電路板插入檢測裝置本體，置于支撐部分；加熱裝置升溫并控制在設(shè)定溫度；印刷電路板的引腳與外接電源連接；芯片通電工作時，缺陷發(fā)射的光通過窗口射出，發(fā)射顯微鏡接收該發(fā)射光進行圖像化處理，經(jīng)過分析，與標準圖案圖像疊置對比，進行缺陷定位。
根據(jù)本發(fā)明的芯片封裝材料是模塑料，采用發(fā)煙硝酸去除，芯片用含蠟膠粘劑粘結(jié)到印刷電路板上。印刷電路板上的焊盤與芯片上的引腳通過電線連接。
本發(fā)明的測定溫度根據(jù)需要設(shè)定，為了檢測到芯片的全部缺陷一般設(shè)定為為85～150℃，典型地設(shè)定為110℃。
根據(jù)本發(fā)明，當檢測芯片背面缺陷時，印刷電路板翻轉(zhuǎn)置于本體內(nèi)，當檢測芯片正面的缺陷時，印刷電路板不翻轉(zhuǎn)置于本體內(nèi)。印刷電路板上的引腳一般通過彈簧夾與電源連接根據(jù)本發(fā)明，待測芯片用發(fā)煙硝酸完全去除封裝的模塑料，背面進行拋光，芯片正面朝上地粘結(jié)到印刷電路板的透明玻璃上，芯片上的引腳通過連接線與印刷電路板上的焊盤電性連接。然后將粘結(jié)待測芯片的印刷電路板沿著本體中側(cè)板上的凹槽或凸緣插入本體內(nèi)，根據(jù)需要的溫度，設(shè)定并控制溫度，基本恒溫。再將印刷電路板上的引腳通過彈簧夾與外接電源連接，使芯片工作。芯片中只有在高溫才發(fā)射光的缺陷即發(fā)射光，如熱電子遷移、氧化層擊穿、閂鎖等，缺陷發(fā)射的光透過本題的窗口透射出來，被發(fā)射顯微鏡接收，經(jīng)過圖像處理器圖像化處理，并將產(chǎn)生的芯片缺陷發(fā)射光圖像與標準芯片圖案的圖像進行疊加對比，找出缺陷位置。再進一步進行缺陷原因分析。
本發(fā)明的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷裝置，在原有發(fā)射顯微鏡的基礎(chǔ)上，配合本體及加熱裝置，可以快速檢測常溫不發(fā)射光而只有在高溫下才發(fā)射光的芯片缺陷，而且該裝置簡單容易實現(xiàn)，成本低廉，使用本發(fā)明的裝置進行芯片缺陷的方法可靠性強，容易掌握。


圖1是本發(fā)明的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置的一個實施例的示意圖。
圖2是本發(fā)明的本體和加熱裝置的一個實施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明的本體和加熱裝置的另一個實施例的示意圖。
圖4是本發(fā)明的載有芯片的印刷電路板的一個實施例的示意圖。附圖標記說明1 印刷電路板11 透明玻璃窗12 引線
13 連接線14 引腳15 印刷電路板上焊盤16 電源17 接地18 彈簧夾2 本體21 上基板22 下基板23 窗口24 側(cè)板25 支撐部分26 開口3 芯片31 缺陷發(fā)射光4 加熱裝置41 加熱部分42 溫控器5 發(fā)射顯微鏡具體實施方式
下面結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置和檢測方法。
如圖1所示，是本發(fā)明的一個實施例的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其包括本體2、加熱裝置4、印刷電路板1、發(fā)射顯微鏡5。
其中，本體2，具有上基板21、下基板22、側(cè)板24形成一可容置空間，其一側(cè)有開口20，兩側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)置有支撐部分25；上基板上有一窗口23，其上下基板內(nèi)設(shè)置有加熱裝置；本體材料選自絕緣材料；本體的大小，與印刷電路板的大小相適應，可以容置印刷電路板，典型地，本體的高度為2cm，本體的寬度15cm。
加熱裝置4，具有加熱部分41和測溫探頭(圖中未示出)，埋設(shè)于上下基板21、22中，溫控器42置于本體外，為本體2的可容置空間提供溫度可以控制的熱環(huán)境；印刷電路板1，置于本體2內(nèi)由本體支撐部分25支撐，其具有一透明玻璃窗口11，與本體的上基板21上的窗口23對應，芯片3粘結(jié)在該透明玻璃窗口上并與其電性連接；發(fā)射顯微鏡5，置于本體2上方，其鏡頭與本體的上基板21上的窗口23對應，以接收芯片3發(fā)射并透過窗口23的光31。
如圖2所示，本體2內(nèi)的支撐部分25是凹型滑槽，兩凹槽底部間的距離稍大于或等于印刷電路板的寬度，凹槽的深度和凹槽的寬度并不特別限定，適宜印刷電路板的順利插入和支撐，以使印刷電路板1沿著凹型滑槽移進移出，并穩(wěn)定地支撐印刷電路板。
加熱裝置4中的加熱部分41是電阻絲或電熱絲在上基板的窗口周圍及下基板中折形均勻埋設(shè)分布，測溫探頭為熱電偶或熱電阻，埋設(shè)于上基板中，而控溫器可以采用已知的任何控溫器。
如圖4所示，印刷電路板1上設(shè)置引線接合焊盤15于玻璃窗11周圍，分別以引線12連接在一起，而且焊盤15通過引線12分別與相應的引腳14連接。
利用上述裝置檢測芯片高溫缺陷的步驟為首先用發(fā)煙硝酸去除如倒裝芯片外部的封裝模塑料，然后對芯片背面進行拋光，使其易于透射光，而且容易粘接到印刷電路板上；如圖4所示，拋光的芯片背面通過含有蠟的透明熱熔膠粘劑粘接到印刷電路板的透明玻璃窗11上，印刷電路板上的焊盤15與芯片上的焊盤通過引線12電性連接。如圖1所示，粘結(jié)有待測芯片3的印刷電路板1翻轉(zhuǎn)，即芯片背面朝上，由本體開口26沿著凹型滑槽25插入，使其透明窗11與本體窗口23對齊，并由該滑槽支撐該印刷電路板1。
加熱部分41升溫并控制設(shè)定溫度110℃；印刷電路板1的引腳14中兩個與外接電源16連接，一個與接地線17連接；接通電源后芯片開始工作，芯片中的缺陷發(fā)射的光31通過窗口23射出，發(fā)射顯微鏡5接收該發(fā)射光31，由圖像處理器進行圖像化處理，得到的芯片缺陷發(fā)射光圖像經(jīng)過與芯片圖案圖像疊加對比，進行缺陷定位。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置(參考圖1)，包括本體2，具有上基板21、下基板22、側(cè)板24形成一可容置空間，其一側(cè)有開口20，兩側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)置有支撐部分25；上基板上有一窗口23，其上下基板內(nèi)設(shè)置有加熱裝置；本體材料選自絕緣材料，本體的大小適宜印刷電路板的插入和支撐。
具有加熱部分41和測溫探頭(圖中未示出)，埋設(shè)于上下基板中，溫控器42置于本體外，為本體2的可容置空間提供溫度可以控制的熱環(huán)境；印刷電路板1置于本體2內(nèi)由本體支撐部分25支撐，其具有一透明玻璃窗口11，與本體的上基板21上的窗口23對應，芯片3粘結(jié)在該透明玻璃窗口上并與其電性連接；發(fā)射顯微鏡5，置于本體2上方，其鏡頭與本體的上基板21上的窗口23對應，以接收芯片3發(fā)射并透過窗口23的光31。
如圖3所示，本體2內(nèi)的支撐部分25是凸緣，兩凸緣的間距，凸緣的突出部分高度，寬度并不特別限定，只要適宜印刷電路板的插入和支撐，以使印刷電路板1沿著凸緣上面移進移出，并穩(wěn)定支撐印刷電路板。
加熱裝置4中的加熱部分41是電熱絲，在上基板21的窗口23周圍及下基板22中折型均勻埋設(shè)分布，測溫探頭為熱電阻，埋設(shè)于上基板中。
如圖3所示，印刷電路板1上設(shè)置引線接合焊盤15于玻璃窗11周圍，分別以引線12連接在一起，而且焊盤15通過引線12分別與相應的引腳14連接。
利用上述裝置檢測檢測芯片缺陷的步驟為用發(fā)煙硝酸或濃硫酸去除如芯片引線(lead on chip，LOC)結(jié)構(gòu)芯片或球柵陣列(ball gate array，BGA)的封裝材料，背面拋光；拋光的芯片背面通過含有蠟的透明熱熔膠粘劑粘結(jié)到印刷電路板的透明玻璃窗11上，印刷電路板上的焊盤15與芯片上的焊盤通過引線12連接。粘結(jié)有待測芯片3的印刷電路板1不翻轉(zhuǎn)，即芯片正面朝上，由本體開口26沿著凸緣25插入，并由該凸緣支撐該印刷電路板1。
加熱部分41升溫并控制在設(shè)定溫度85℃至150℃，印刷電路板1的引腳14中兩個通過彈簧夾與外接電源16連接，一個與接地線17連接；接通電源后芯片開始工作，芯片中的缺陷發(fā)射的光31通過窗口23射出，發(fā)射顯微鏡5接收該發(fā)射光31，由圖像處理器進行圖像化處理，得到的芯片缺陷發(fā)射光圖像經(jīng)過與芯片圖案圖像疊加對比，進行缺陷定位。
芯片找出缺陷以后，進行進一步的缺陷原因分析，找出產(chǎn)生缺陷的根源，在制造工藝過程中采取相應措施進行解決。
權(quán)利要求
1.發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，包括本體，具有上基板、下基板、側(cè)板形成一可容置空間，其一側(cè)有開口，兩側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)置有支撐部分；上基板上有一窗口；加熱裝置，具有加熱部分和測溫探頭，埋設(shè)于上下基板中，溫控器置于本體外，為本體空間提供溫度可以控制的熱環(huán)境；印刷電路板，由本體開口插入，置于本體內(nèi)由本體支撐部分支撐，其具有一透明玻璃窗，與本體的上基板上的窗口對應，芯片粘結(jié)在該透明玻璃板上并與其電性連接；發(fā)射顯微鏡，置于本體上方，其鏡頭與本體的上基板上的窗口對應，以接收由芯片發(fā)射并透過窗口的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的支撐部分為凹型滑槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的支撐部分為凸緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的加熱裝置為電阻絲或電熱絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的測溫探頭為熱電偶或熱電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的印刷電路板上設(shè)置引線接合焊盤于玻璃窗周圍，分別以引線連接在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置，其特征在于，所述的印刷電路板上的焊盤通過引線分別與相應的引腳連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置檢測芯片缺陷的方法，包括去除芯片外部的封裝材料，背面拋光；芯片背面粘結(jié)到印刷電路板上，并與其電性連接；粘結(jié)芯片的印刷電路板插入檢測裝置本體，置于支撐部分；加熱裝置升溫并控制在設(shè)定溫度；印刷電路板的引腳與外接電源連接；芯片工作時，缺陷發(fā)射光通過窗口射出，發(fā)射顯微鏡接收該發(fā)射光進行圖像化處理，經(jīng)過分析，與標準圖案圖像疊置對比，進行缺陷定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片可以是倒裝芯片或芯片上引線(Lead on Chip，LOC)結(jié)構(gòu)芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片封裝材料采用發(fā)煙硝酸去除。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片采用含蠟膠粘劑粘結(jié)到印刷電路板。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的設(shè)定溫度為85℃至150℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的印刷電路板上的焊盤與待測芯片上的焊盤通過引線接合連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷方法，其特征在于，所述的印刷電路板翻轉(zhuǎn)置于本體內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷方法，其特征在于，所述的印刷電路板不翻轉(zhuǎn)置于本體內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的印刷電路板上的引腳通過彈簧夾與外接電源連接。
全文摘要
本發(fā)明提出了發(fā)射顯微鏡檢測芯片高溫缺陷的裝置及方法，該裝置包括本體，其具有上基板、下基板、側(cè)板形成一可容置空間，其一側(cè)有開口，兩側(cè)板內(nèi)側(cè)設(shè)置有支撐部分；上基板上有一窗口；加熱裝置，埋設(shè)于上下基板中，為本體空間提供可以控溫的熱環(huán)境；印刷電路板，載有待測芯片與其電性連接；發(fā)射顯微鏡，置于本體上方，接收由芯片發(fā)射并透過窗口的光。缺陷發(fā)射的光形成的圖像與標準芯片圖案圖像疊加對比，找出芯片缺陷位置。
文檔編號H01L21/66GK1940539SQ200510030139
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者董偉淳, 牛崇實, 郭志蓉, 單蘭婷 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司