近幾年整個(gè)封裝界討論的熱點(diǎn)之一便是從傳統(tǒng)2D封裝到先進(jìn)2.5D及3D封裝（備注：各種封裝形式差異可參看艾邦半導(dǎo)體公眾號(hào)）。我們之前也對(duì)先進(jìn)封裝設(shè)備及工藝等進(jìn)行了一些歸納總結(jié)，伴隨著封裝的工藝尺度變得越來越小，封裝的工藝與晶圓生產(chǎn)工藝越來越接近。兩者在走到極致時(shí)都同時(shí)遇到了失效或良率提升中最大的攔路虎之一：潔凈室中的各種類型及尺寸的粒子（Particle）。
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之前的一篇文章《先進(jìn)封裝之混合鍵合（Hybrid Bonding）的前世今生》中提到，為了能夠順利生產(chǎn)出Hybrid Bonding的設(shè)備當(dāng)前業(yè)界有兩大陣營：Besi與Applied Material的BA聯(lián)盟以及香港的ASMPT與EV GROUP (EVG)的AE聯(lián)盟。那Hybrid Bonding到底需要將潔凈度控制到什么程度呢，需要巨頭們強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合？知己知彼百戰(zhàn)不殆，先看看Particle長(zhǎng)什么樣子的呢？
圖2 光掩膜上的Particle導(dǎo)致Wafer上的缺陷圖4 納米級(jí)有機(jī)物particles，通常有機(jī)物由小顆粒聚集圖5 液體揮發(fā)后殘留的非揮發(fā)性物體在表面形成納米顆粒圖6 不同材質(zhì)的小于20nm的Particle今天，我們先從Particle的檢測(cè)來聊一聊。半導(dǎo)體潔凈室等級(jí)通常按照?qǐng)D7來進(jìn)行區(qū)分。在wafer to wafer level 形式的先進(jìn)封裝工藝中，由于對(duì)整個(gè)wafer的共面性要求極高，工作區(qū)域的潔凈度控制甚至要比現(xiàn)在ISO 1級(jí)要求更高。ISO 1級(jí)要求每立方米不高于10個(gè)0.1微米的顆粒，而wafer to wafer level 先進(jìn)封裝的工作區(qū)域潔凈度要小于5個(gè)0.1微米的顆粒，才能保障健康的良率。圖7 ISO/DIS 14644-1潔凈室和潔凈區(qū)按空氣中懸浮粒子濃度的分級(jí)那顆粒數(shù)量如何快速計(jì)算呢？顆粒尺寸及數(shù)量分布通常有四種方法：Laser diffraction激光衍射（<0.1um-8750um）, Dynamic Image Analysis 動(dòng)態(tài)圖像分析（<1um-34000um），Ultrasonic Extinction超聲波消光（<0.1um-3000um），Dynamic Light Scattering 動(dòng)態(tài)光散射（<0.5nm-10000nm）。圖8 四種測(cè)量顆粒尺寸及數(shù)量分布的方法?Laser diffraction激光衍射是半導(dǎo)體業(yè)界最常用的一種方式，也叫激光粒度儀，激光粒度儀是基于光衍射現(xiàn)象設(shè)計(jì)的，當(dāng)光通過顆粒時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象（其本質(zhì)是電磁波和物質(zhì)的相互作用）。衍射光的角度與顆粒的大小成反比。不同大小的顆粒在通過激光光束時(shí)其衍射光會(huì)落在不同的位置，位置信息反映顆粒大小；同樣大的顆粒通過激光光束時(shí)其衍射光會(huì)落在相同的位置。衍射光強(qiáng)度的信息反映出樣品中相同大小的顆粒所占的百分比多少。激光衍射法就是采用一系列的光敏檢測(cè)器來測(cè)量位置粒徑的顆粒在不同角度上的衍射光的強(qiáng)度，使用衍射模型，通過數(shù)學(xué)反演，然后得到樣品的粒度分布。通過該位置檢測(cè)器接收到的衍射光強(qiáng)度，得到所對(duì)應(yīng)顆粒粒徑的百分比含量。圖9?大粒子衍射出現(xiàn)小的圖案（r0?。?/span>Dynamic Image Analysis 動(dòng)態(tài)圖像分析法是在前面激光衍射法基礎(chǔ)上利用記錄動(dòng)態(tài)衍射圖，然后對(duì)圖像進(jìn)行處理后計(jì)算出來的粒子大小及其數(shù)量分布。額外有一個(gè)Dispersing unit (分散系統(tǒng))，主要針對(duì)細(xì)、干和粘性顆粒聚集體進(jìn)行分析，確保以單個(gè)顆粒形式在氣溶膠射流中送入傳感器的顆粒的有效分離。圖12 動(dòng)態(tài)圖像分析法示意圖Ultrasonic Extinction超聲波消光，主要應(yīng)用于具有高濃度固體顆?；蛞旱蔚囊后w分散體，通常是完全不透明的。普通的光學(xué)衍射分析儀需要高度稀釋，但是稀釋不僅會(huì)導(dǎo)致大量的制備工作，還會(huì)改變分散的初始狀態(tài)。超聲消光為懸浮液和乳液的粒度分析提供了卓越的性能。超聲波消光的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在高濃度介質(zhì)中操作，這通常伴隨著濕法工藝階段。該方法甚至可以應(yīng)用于高達(dá)70%（體積）的典型的糊狀顆粒系統(tǒng)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于可以改變超聲波頻率來收集不同頻率下衍射圖案，由于超聲波方向固定而方向依賴性較強(qiáng)。超聲波信號(hào)對(duì)不同顆粒的重復(fù)擴(kuò)散和衍射（多次散射）有助于信號(hào)偏轉(zhuǎn)，因此這些不需要的信號(hào)分量的接收被方便的消除。這簡(jiǎn)化了測(cè)量信號(hào)的理論描述，使得該方法特別適合用于高產(chǎn)品濃度。
圖13 大的顆粒尺寸超過了超聲波波長(zhǎng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈阻尼作用，而右圖小于超聲波波長(zhǎng)的粒子被攜帶，只產(chǎn)生微弱的阻尼效應(yīng)Dynamic Light Scattering動(dòng)態(tài)光散射，該方法的優(yōu)點(diǎn)可以對(duì)粒子尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。在動(dòng)態(tài)光散射之前，業(yè)界廣泛應(yīng)用光子相關(guān)光譜（PCS）的測(cè)量方法，但是該方法需要極度的稀釋樣品，以減少干擾影響，但是稀釋本身會(huì)改變?cè)紭悠返男誀?。測(cè)量原理基于兩個(gè)相互垂直偏振的獨(dú)立激光束，這些激光束被引導(dǎo)到測(cè)量區(qū)，并通過光學(xué)器件通過176°的反向散射平行返回。通過偏振濾波器分離p偏振和s偏振激光束的光，實(shí)現(xiàn)了高信噪比。結(jié)果，該技術(shù)在更高的樣品濃度和更短的測(cè)量時(shí)間下可靠地獲得了可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果，并提高了精度。圖14 動(dòng)態(tài)光散射示意圖 同時(shí)由兩組接收器動(dòng)態(tài)收集兩組激光Laser A與Laser B產(chǎn)生的衍射圖最后，我們談?wù)勏嚓P(guān)設(shè)備供應(yīng)商：國內(nèi)佼佼者四方廣電、合資的有沈陽加野、國外的德國新帕泰克、Lighthouse等都是具備系統(tǒng)解決方案且實(shí)力較強(qiáng)的供應(yīng)商。圖15 四方光電應(yīng)用于各種潔凈室的粒子計(jì)數(shù)器圖16 加野潔凈室環(huán)境動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CRMS圖17 Lighthouse便攜式粒子計(jì)數(shù)器當(dāng)然肯定還有很多實(shí)力強(qiáng)勁的供應(yīng)商沒有一一列出，如有興趣，請(qǐng)一定入群告知。參考網(wǎng)址及文獻(xiàn)：
1. https://www.chem17.com/st3582/article_3077639.
html
2. http://www.winifred-hk.com/show-116.html
3.?https://www.sympatec.com/en/particle-measure
ment/
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：先進(jìn)封裝環(huán)境控制之微粒子（Particle）檢測(cè)原理
