在半導體製造中，切割（Dicing）或單顆分割（Singulation）是將已完成製程的晶圓分離為單顆晶粒（Die）的關鍵步驟。無論採用機械式或雷射切割，此製程皆會對晶圓施加顯著的物理應力，進而可能導致矽（Si）基板產生崩邊或裂紋。此類損傷，特別是發生於表面下方的缺陷，可能對元件效能與長期可靠度造成不利影響。透過紅外線（IR）檢測，可在非破壞條件下及早發現此類缺陷，使其成為現今 AOI 系統中不可或缺的檢測工具。
為何矽晶片崩邊與裂紋如此重要
切割後損傷可能呈現為多種形式：
邊緣崩邊：晶粒邊緣附近出現的細小矽碎裂。
表面下裂紋：隱藏於晶片表面下方，肉眼難以察覺，可能在後續封裝或實際使用中持續擴展。
角落破損或整顆晶粒斷裂：屬於較嚴重的損傷形式，通常需立即報廢。
上述缺陷可能導致：
因電路中斷所引發的電性失效。
於後續搬送、鍵合製程中產生的機械性失效。
在高可靠度應用中造成良率下降與客戶退貨增加。
因此，及早且精準的檢測至關重要。
為何採用紅外線（IR）檢測
矽材料對紅外線波段（通常約 1060–6000 nm）具備半透明特性，使 IR 檢測能有效穿透矽基板並揭露表面下結構缺陷。相較於僅能觀察表面特徵的光學顯微技術，IR 成像可清楚顯示隱藏的裂紋、空洞與分層現象。
其主要優點包括：
- 非破壞性檢測（NDT）
- 適用於產線即時檢測的高吞吐量
- 相容於完整晶圓與已分割單顆晶粒的檢測需求
IR 檢測流程概述
照明：將紅外線光源導向晶圓或單顆晶粒。
穿透或反射：依光學配置不同，IR 光可穿透矽結構或由表面與內部結構反射。
影像擷取：由具 IR 感測能力的相機進行影像擷取。
分析：透過影像處理軟體辨識裂紋、空洞與異物等異常。
成像模式
IR 穿透模式：適用於薄化晶圓或貼附於透明膠帶上的晶粒，可使 IR 光穿透材料進行檢測。
IR 反射模式：適用於較厚晶圓或不透明載具上的樣品，藉由擷取反射光進行分析。
於製造流程中的整合
在現代晶圓廠中，IR 檢測通常以 inline 方式整合於製程中，位置多設於切割後或 Die Attach 前。部分先進封裝產線亦導入 AI 輔助的 IR 缺陷分類技術，可依缺陷嚴重程度自動進行晶粒分級。
典型應用領域
邏輯、記憶體、CIS 與功率元件用矽晶圓
化合物半導體（如 SiC、GaN）
具 TSV 的 3D 堆疊晶粒與晶圓
車用與航太等高可靠度 IC
挑戰與注意事項
儘管 IR 檢測具備高度效能，仍需妥善管理以下關鍵因素：
- 解析度限制：小於 1 µm 的微裂紋可能需搭配高階光學系統才能有效偵測。
- 吞吐量取捨：提升解析度通常會降低掃描速度。
- 膠帶穿透性：穿透模式下所使用的載帶需具備 IR 相容性。
新興技術，如深度學習缺陷辨識與 IR／可見光混合成像系統，正逐步克服上述限制。
結論
隨著半導體元件趨向更薄化、高密度與高效能，切割後晶粒完整性的確保變得前所未有地重要。紅外線檢測提供一種可靠、非侵入式且具高產能的解決方案，可有效偵測矽晶片崩邊與裂紋，避免潛在失效並提升最終良率。
透過將 IR 檢測納入切割後製程流程，晶圓廠得以主動確保晶粒機械完整性、降低客戶端失效風險，並維持當代半導體製造所要求的高品質標準。
