การตรวจสอบลักษณะการเชื่อมต่อของเวเฟอร์หมายถึงกระบวนการประเมินคุณภาพและความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ สอง แผ่น การตรวจสอบลักษณะการเชื่อมต่อของเวเฟอร์นั้นอาศัยวิธีการและการทดสอบที่หลากหลาย เวเฟอร์ที่เชื่อมต่อกันอย่างสมบูรณ์โดยปราศจากข้อบกพร่องถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ข้อบกพร่องเหล่านั้นอาจเกิดจาก การเกิด ช่องว่างที่บริเวณรอยต่อเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอหรือสิ่งเจือปน การตรวจสอบลักษณะการเชื่อมต่อนี้ใช้ในการพัฒนาการเชื่อมต่อเวเฟอร์หรือการประเมินคุณภาพของเวเฟอร์และเซ็นเซอร์ที่ผลิตขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว พันธะเวเฟอร์จะมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์การห่อหุ้มที่สำคัญสามประการ ได้แก่ ความแข็งแรงของพันธะความแน่นหนาของการห่อหุ้ม และความเครียดที่เกิดจากพันธะ^{[ 1 ]}

ความแข็งแรงของพันธะสามารถประเมินได้โดยใช้การทดสอบคานคู่หรือการทดสอบเชฟรอนหรือไมโครเชฟรอน การทดสอบแรงดึงอื่นๆ รวมถึงการทดสอบการระเบิดการทดสอบแรงเฉือนโดยตรงหรือการทดสอบการดัดงอ ช่วยให้สามารถกำหนดความแข็งแรงของพันธะได้^{[ 2 ]}ความแน่นของบรรจุภัณฑ์จะถูกกำหนดลักษณะโดยใช้การทดสอบเมมเบรน การรั่วไหลของฮีเลียม ตัวเรโซเนเตอร์/แรงดัน^{[ 1 ]}

นอกจากนี้ ยังมีวิธี การประเมินการเชื่อมต่อพันธะอีกสามวิธี ได้แก่ การวัดด้วยแสงอิเล็กตรอนและคลื่นเสียงประการแรก เทคนิคการวัดด้วยแสง ได้แก่ การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงกล้องจุลทรรศน์แบบส่งผ่านแสงอินฟราเรด และการตรวจสอบด้วยสายตา ประการที่สอง การวัดด้วยอิเล็กตรอนมักใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเช่นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านแรงดันสูง (HVTEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนความละเอียดสูง (HRSEM) และสุดท้าย วิธีการวัดด้วยคลื่นเสียงทั่วไป ได้แก่กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกแบบสแกน (SAM) กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกแบบเลเซอร์สแกน (SLAM) และกล้องจุลทรรศน์อะคูสติกแบบสแกนโหมด C (C-SAM)

การเตรียมตัวอย่างมีความซับซ้อน และคุณสมบัติทางกลและอิเล็กทรอนิกส์มีความสำคัญต่อการกำหนดลักษณะและการเปรียบเทียบเทคโนโลยีการยึดติด^{[ 3 ]}

การถ่ายภาพช่องว่าง ด้วยรังสีอินฟราเรด (IR) สามารถทำได้หากวัสดุที่วิเคราะห์มีความโปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรด เช่นซิลิคอนวิธีนี้ให้การตรวจสอบเชิงคุณภาพที่รวดเร็ว^{[ 4 ]}และเหมาะสมมากเนื่องจากมีความไวต่อพื้นผิวและส่วนต่อประสานที่ฝังอยู่ วิธีนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางเคมีของพื้นผิวและส่วนต่อประสาน

แสงอินฟราเรดที่ส่องผ่านนั้นอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าซิลิคอนโปร่งแสงที่ความยาวคลื่น ≥  1.2  ไมโครเมตร อุปกรณ์ประกอบด้วยหลอดไฟอินฟราเรดเป็นแหล่งกำเนิดแสง และระบบวิดีโออินฟราเรด (เปรียบเทียบกับรูป "แผนผังการจัดวางอุปกรณ์กล้องจุลทรรศน์แบบส่งผ่านแสงอินฟราเรด")

ระบบการถ่ายภาพ IR ช่วยให้สามารถวิเคราะห์คลื่นพันธะและโครงสร้างเชิงกลขนาดเล็ก รวมถึงความผิดปกติในซิลิคอนได้ กระบวนการนี้ยังช่วยให้สามารถวิเคราะห์พันธะหลายชั้นได้อีกด้วย^{[ 3 ]}ความคมชัดของภาพขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างแผ่นเวเฟอร์โดยปกติแล้ว หากใช้ IR สีโมโนโครมาติก บริเวณตรงกลางของแผ่นเวเฟอร์จะสว่างกว่าบริเวณรอบข้าง อนุภาคที่ส่วนต่อประสานของพันธะจะสร้างจุดที่มองเห็นได้ชัดเจนและมีความคมชัดแตกต่างกันเนื่องจากแถบการรบกวน (การแพร่กระจายของคลื่น) ^{[ 5 ]}สามารถแสดงพื้นที่ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกันได้หากช่องเปิด (ความสูง) มีค่า ≥  1  นาโนเมตร^{[ 4 ]}

กล้องจุลทรรศน์อัลตราโซนิกใช้คลื่นเสียงความถี่สูงเพื่อสร้างภาพอินเทอร์เฟซที่เชื่อมต่อกันน้ำปราศจากไอออนถูกใช้เป็นตัวกลางเชื่อมต่อทางเสียงระหว่างตัวแปลงสัญญาณอะคูสติกแม่เหล็กไฟฟ้ากับเวเฟอร์^{[ 4 ] [ 7 ]}

วิธีการนี้ใช้ตัวแปลง สัญญาณ อัลตราโซนิกในการสแกนรอยต่อของแผ่นเวเฟอร์ สัญญาณเสียงสะท้อนจะถูกนำมาใช้ในการสร้างภาพ ความละเอียดในแนวด้านข้างขึ้นอยู่กับความถี่ของอัลตราโซนิก เส้นผ่านศูนย์กลางของ ลำแสง และอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (ความคมชัด)

บริเวณที่ไม่ยึดติดกัน เช่น สิ่งเจือปนหรือช่องว่าง จะไม่สะท้อนลำแสงอัลตราโซนิกเหมือนบริเวณที่ยึดติดกัน ดังนั้นจึงสามารถประเมินคุณภาพของการยึดติดได้^{[ 3 ]}

การทดสอบคานคู่แบบคานยื่น หรือเรียกอีกอย่างว่า การเปิดรอยแตก หรือ วิธีใบมีดโกน เป็นวิธีหนึ่งในการกำหนดความแข็งแรงของพันธะ โดยทำได้โดยการกำหนดพลังงานของพื้นผิวที่ยึดติดกัน ใบมีดที่มีความหนาเฉพาะจะถูกสอดเข้าไประหว่างแผ่นเวเฟอร์คู่ที่ยึดติดกัน ซึ่งจะทำให้การเชื่อมต่อแตกออก^{[ 3 ]}ความยาวของรอยแตก${\displaystyle L}$เท่ากับระยะห่างระหว่างปลายใบมีดและปลายรอยแตก และกำหนดโดยใช้แสงอินฟราเรดที่ส่งผ่าน แสงอินฟราเรดสามารถส่องสว่างรอยแตกได้เมื่อใช้วัสดุที่โปร่งใสต่อแสงอินฟราเรดหรือแสงที่มองเห็นได้^{[ 8 ]}หากความเหนียวของพื้นผิวการแตกหักสูงมาก การสอดใบมีดเข้าไปจะทำได้ยากมาก และแผ่นเวเฟอร์อาจเสี่ยงต่อการแตกหักเมื่อใบมีดเลื่อนเข้าไป^{[ 3 ]}

การทดสอบ DCB ระบุลักษณะความแข็งแรงที่ขึ้นอยู่กับเวลาโดยการประเมินการแตกหักทางกล และจึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการทำนายอายุการใช้งาน^{[ 9 ]}ข้อเสียของวิธีนี้คือ ระหว่างการใส่ใบมีดและเวลาในการถ่ายภาพ IR ผลลัพธ์อาจได้รับอิทธิพล นอกจากนี้ ความไม่แม่นยำในการวัดจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเหนียวของการแตกหัก ของพื้นผิวสูง ส่งผลให้ความยาวรอยแตกน้อยลงหรือเวเฟอร์แตกที่จุดใส่ใบมีด รวมถึงอิทธิพลของกำลังสี่ของความยาวรอยแตกที่วัดได้ ความยาวรอยแตกที่วัดได้จะกำหนดพลังงานพื้นผิว${\displaystyle \gamma }$ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับชิ้นงานทดสอบรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าคล้ายคาน

${\displaystyle \gamma ={\frac {3t_{b}^{2}E_{1}t_{w1}^{3}E_{2}t_{w2}^{3}}{16L^{4}(E_{1}t_{w1}^{3}+E_{2}t_{w2}^{3})}}}$

ด้วยเหตุนี้จึงเป็น${\displaystyle E}$โมดูลัสของยัง ( Young's modulus )${\displaystyle t_{w}}$ความหนาของแผ่นเวเฟอร์${\displaystyle t_{b}}$ความหนาของใบมีดและ${\displaystyle L}$ความยาวรอยแตกที่วัดได้^{[ 10 ]} ในวรรณกรรมมีการกล่าวถึงแบบจำลอง DCB ที่แตกต่างกัน เช่น วิธีการวัดโดย Maszara, Gillis และ Gilman, Srawley และ Gross, Kanninen หรือ Williams วิธีการที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือวิธีการของ Maszara หรือ Gillis และ Gilman ^{[ 8 ]}

การทดสอบแบบเชฟรอนใช้เพื่อกำหนดความเหนียวแตกหัก${\displaystyle K_{IC}}$ของวัสดุก่อสร้างที่เปราะบาง ความทนทานต่อการแตกหักเป็นพารามิเตอร์พื้นฐานของวัสดุสำหรับการวิเคราะห์ความแข็งแรงของพันธะ

การทดสอบเชฟรอนใช้รูปทรงรอยบากพิเศษสำหรับชิ้นงานที่รับแรงดึงเพิ่มขึ้น รูปทรงรอยบากเชฟรอนโดยทั่วไปจะมีรูปร่างเป็นสามเหลี่ยมที่มีรูปแบบพันธะที่แตกต่างกัน ที่แรงดึงเฉพาะค่าหนึ่ง รอยแตกจะเริ่มที่ปลายเชฟรอนและเติบโตด้วยแรงที่ใช้ต่อเนื่องจนกระทั่งถึงความยาววิกฤต^{[ 12 ]}การเติบโตของรอยแตกจะไม่มีเสถียรภาพและเร่งตัวขึ้น ส่งผลให้ชิ้นงานแตกหัก^{[ 8 ]}ความยาววิกฤตขึ้นอยู่กับรูปทรงของชิ้นงานและสภาวะการรับแรงเท่านั้น ความเหนียวแตกหักโดยทั่วไป${\displaystyle K_{IC}}$กำหนดโดยการวัดภาระการแตกหักที่บันทึกไว้ของการทดสอบ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพและความแม่นยำของการทดสอบและลดความคลาดเคลื่อนในการวัด^{[ 12 ]}

มีสองแนวทาง โดยพิจารณาจากอัตราการปลดปล่อยพลังงาน${\displaystyle G_{I}}$หรือปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด${\displaystyle K_{I}}$สามารถใช้อธิบายวิธีการทดสอบ เชฟรอน ได้^{[ 8 ]}การแตกหักเกิดขึ้นเมื่อ${\displaystyle K_{I}}$หรือ${\displaystyle G_{I}}$ถึงค่าวิกฤต ซึ่งอธิบายถึงความเหนียวแตกหัก${\displaystyle K_{IC}}$หรือ${\displaystyle G_{IC}}$ข้อดีของการใช้ชิ้นงานทดสอบรอยบากรูปตัววีคือการเกิดรอยแตกตามความยาวที่กำหนดไว้^{[ 13 ]}ข้อเสียของวิธีนี้คือการติดกาวที่จำเป็นสำหรับการโหลดนั้นใช้เวลานานและอาจทำให้ข้อมูลกระจัดกระจายเนื่องจากการจัดแนวที่ไม่ถูกต้อง^{[ 8 ]}

การทดสอบเชฟรอน

แผนผังการตั้งค่าการทดสอบเชฟรอน^{[ 8 ]}

แผนผังของชิ้นงานทดสอบแบบมีรอยบากรูปตัววี^{[ 8 ]}

ตัวอย่างทดสอบรอยบากรูปตัววีแบบมีรอยแตกตามแบบ Bagdahn ^{[ 13 ]}

การวัดความแข็งแรงของพันธะหรือการทดสอบพันธะทำได้สองวิธีพื้นฐาน ได้แก่ การทดสอบแรงดึงและการทดสอบแรงเฉือน ทั้งสองวิธีสามารถทำได้แบบทำลาย ซึ่งเป็นวิธีที่พบได้บ่อยกว่า (รวมถึงในระดับเวเฟอร์) หรือแบบไม่ทำลาย การทดสอบเหล่านี้ใช้เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของวัสดุและกระบวนการผลิต และเพื่อประเมินประสิทธิภาพโดยรวมของโครงสร้างการเชื่อมต่อ ตลอดจนเพื่อเปรียบเทียบเทคโนโลยีการเชื่อมต่อต่างๆ ความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการเชื่อมต่อขึ้นอยู่กับการวัดแรงที่ใช้ ประเภทของความล้มเหลวเนื่องจากแรงที่ใช้ และลักษณะที่มองเห็นได้ของวัสดุที่เหลืออยู่

การพัฒนาในการทดสอบความแข็งแรงของพันธะของโครงสร้างคอมโพสิตที่ยึดติดด้วยกาวคือการตรวจสอบพันธะด้วยเลเซอร์ (LBI) LBI ให้ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงสัมพัทธ์ที่ได้จากระดับฟลูเอนซ์ของพลังงานเลเซอร์ที่ส่งไปยังวัสดุสำหรับการทดสอบความแข็งแรงเมื่อเทียบกับความแข็งแรงของพันธะที่ทดสอบทางกลก่อนหน้านี้ที่ฟลูเอนซ์เลเซอร์เดียวกัน LBI ให้การทดสอบแบบไม่ทำลายของพันธะที่เตรียมไว้อย่างเหมาะสมและตรงตามเจตนารมณ์ทางวิศวกรรม^{[ 17 ]}

การทดสอบแรงดึง

การวัดความแข็งแรงของพันธะโดยการทดสอบแรงดึงมักเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการหาโหมดความล้มเหลวที่คุณสนใจ นอกจากนี้ และแตกต่างจากการทดสอบแรงเฉือน เมื่อพันธะแยกออกจากกัน พื้นผิวการแตกหักจะถูกดึงออกจากกันอย่างสะอาดหมดจด ทำให้สามารถวิเคราะห์โหมดความล้มเหลวได้อย่างแม่นยำ การดึงพันธะต้องจับยึดพื้นผิวและส่วนเชื่อมต่อ เนื่องจากขนาด รูปร่าง และคุณสมบัติของวัสดุ การทำเช่นนี้อาจเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนเชื่อมต่อ ในกรณีเหล่านี้ ชุดปลายแหนบที่ขึ้นรูปและจัดเรียงอย่างแม่นยำพร้อมการควบคุมการเปิดและปิดอย่างแม่นยำมีแนวโน้มที่จะสร้างความแตกต่างระหว่างความสำเร็จและความล้มเหลว^{[ 18 ]}

การทดสอบแรงดึงที่พบได้บ่อยที่สุดคือการทดสอบแรงดึงลวด (Wire Pull Test) การทดสอบแรงดึงลวดจะใช้แรงดันขึ้นด้านบนใต้ลวด ทำให้ลวดถูกดึงออกจากพื้นผิวหรือแม่พิมพ์อย่างมีประสิทธิภาพ

การแทรกสอดของแสงสีขาวเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการตรวจจับการเสียรูปของพื้นผิวเวเฟอร์โดยอาศัยการวัดทางแสง แสงที่มีความสอดคล้องต่ำจากแหล่งกำเนิดแสงสีขาวจะผ่านเวเฟอร์ด้านบนที่เป็นพื้นผิวทางแสง เช่น เวเฟอร์แก้ว ไปยังส่วนเชื่อมต่อ โดยทั่วไปจะมีเครื่องวัดการแทรกสอดของแสงสีขาวอยู่สามประเภท:

• อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบตะแกรงเลี้ยวเบน
• เครื่องวัดการแทรกสอดแบบสแกนแนวตั้งหรือแบบโพรบความสอดคล้อง
• เครื่องวัดการรบกวนของแผ่นกระจายแสงสีขาว

สำหรับอินเตอร์เฟอโรเมตรแสงสีขาว ตำแหน่งของแถบการรบกวนลำดับศูนย์และระยะห่างของแถบการรบกวนจะต้องไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น^{[ 20 ]} อินเตอร์เฟอโรเมตรีแสงสีขาวถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับการเสียรูปของเวเฟอร์ แสงที่มีความสอดคล้องต่ำจากแหล่งกำเนิดแสงสีขาวจะผ่านเวเฟอร์ด้านบนไปยังเซ็นเซอร์ แสงสีขาวถูกสร้างขึ้นโดยหลอดฮาโลเจนและถูกปรับความเข้ม สเปกตรัมของแสงสะท้อนจากโพรงเซ็นเซอร์จะถูกตรวจจับโดยสเปกโทรเมตร สเปกตรัมที่บันทึกไว้จะถูกนำมาใช้เพื่อหาความยาวโพรงของเซ็นเซอร์ ความยาวโพรงdสอดคล้องกับแรงดันที่ใช้และถูกกำหนดโดยสเปกตรัมของการสะท้อนแสงของเซ็นเซอร์ ค่าแรงดันนี้จะถูกแสดงบนหน้าจอในภายหลัง ความยาวโพรง${\displaystyle d}$กำหนดโดยใช้

${\displaystyle d={\frac {\lambda _{1}\lambda _{2}}{2n(\lambda _{2}-\lambda _{1})}}}$

กับ${\displaystyle n}$เนื่องจากดัชนีหักเหของวัสดุโพรงเซ็นเซอร์${\displaystyle \lambda _{1}}$และ${\displaystyle \lambda _{2}}$เป็นยอดที่อยู่ติดกันในสเปกตรัมการสะท้อนแสง

ข้อดีของการใช้การแทรกสอดแสงสีขาวเป็นวิธีการกำหนดลักษณะเฉพาะคือการลดอิทธิพลของการสูญเสียจากการโค้งงอ^{[ 21 ]}