Non-destructive Inspection Technique Using a Terahertz Wave to Inspect the Alignment of the Internal Chip in Semiconductor Package

Abstract

In this study, a terahertz time -domain spectroscopy (THz-TDS) system was used to inspect chip misalignments (rotation and tilt) in real-time during high-speed semiconductor packaging. Defective package specimens were manufactured by aligning Si -wafer chips on copper substrates, followed by molding with an epoxy molding compound (EMC). The THz inspection system was configured in the reflection mode for application to the semiconductor packaging process. The alignment of the internal chips was inspected using THz signals reflected from both the center and edge of the chip. The 25 -degree rotational misalignment defect was examined by monitoring the amplitude variations of the THz beam reflected from the edge of the chip. In addition, the 2D THz scanning image was used to analyze the rotational defect with a precision of 500 mu m, utilizing the amplitude of the THz wave reflected from the internal chip. The tilted defect was examined by analyzing the 3D THz scanning image, that was generated based on the time index of THz waves reflected from both the package surface and the internal chip, along with the refractive index of the EMC, to calculate the chip location. This technology is expected to prevent product defects and improve process yields by enabling real-time, non -contact, and non-destructive inspection of chip alignment in semiconductor packaging processes.

본 연구에서는 고속으로 진행되는 반도체 패키징 공정 중 내부 칩이 회전 및 기울어지는 오정렬 불량을 실시간 검사하기 위해 테라헤르츠 시간영역 분광(THz-TDS) 시스템을 사용했다. 불량 패키지 시편은 실리콘칩을 구리 기판에 오정렬시킨 후 Epoxy Molding Compound(EMC)로 몰딩하여 제작했다. THz 검사 시스템은 실제 반도체 패키징 공정 검사에 사용될 수 있도록 반사모드를 사용하여 검사했다. 패키지 내부 칩의 오정렬 검사는 칩 중심부와 가장자리에서 반사된 THz 신호를 분석하여 검사했다. 회전 불량은 칩의 가장자리에서 반사된 THz 빔의 세기 변화를 통해 25도 회전 불량을 검출했다. 또한, 내부 칩 반사파의 amplitude로 영상화한 2D THz 스캐닝 이미지를 통해 500 µm 정밀도로 칩의 회전에 의한 오정렬을 검사했다. 칩이 기울어진 불량은 패키지 표면과 내부 칩에서 반사된 THz파의 time index와 EMC의 굴절률을 사용하여 칩의 위치를 계산하고 3D 이미지로 검사했다. 본 기술은 반도체 패키징 공정 중 발생하는 칩 정렬불량을 실시간으로 비접촉 및 비파괴검사함으로써 제품 불량을 사전에 방지하고, 공정 수율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.