Kontrola waferů je klíčovým procesem v průmyslu polovodičů, který zahrnuje vyhledávání defektů na waferu. Jednoduše řečeno, wafer je tenký plátek polovodičového materiálu (např. křemíku) používaný k výrobě integrovaných obvodů (nazývaných také IO nebo čipy), na kterých jsou namontovány elektrické obvody.
Polovodičové čipy jsou základními komponenty elektronických zařízení, např. automobilů, laptopů, domácích spotřebičů a chytrých telefonů, produkce waferů je tudíž rychlá a objemná. Aby bylo možné držet krok s poptávkou, musí být kontrola waferů rychlá, přesná a opakovatelná.
Jak tedy mohou výrobci zlepšit kontrolu kvality waferů?
Jedním ze snadných způsobů, jak optimalizovat proces kontroly waferů, je zvolit správnou kombinaci zařízení. Použití kontrolního mikroskopu polovodičových waferů společně s intuitivním softwarem pro metrologickou analýzu obrazu může zjednodušit váš pracovní postup a ušetřit čas. Tento příspěvek popisuje, jak optimalizovat nastavení vašeho mikroskopu a pracovní postup při kontrole waferů a analýze defektů.
Tipy pro výběr mikroskopického vybavení a softwaru pro kontrolu waferů
Výroba waferů je složitý proces. Zahrnuje vytváření obvodů, oxidaci waferů, povlakování fotocitlivou vrstvou, tisk vzorů, leptání, difúzi nečistot a planarizaci. Defekty se mohou u konečného produktu objevit v kterékoli z těchto fází. Mezi časté defekty patří nepravidelné potažení, nečistoty a přerušené obvody.
Jakékoliv defekty na waferu mohou způsobit nesprávné fungování elektrického obvodu, proto je kontrola waferu nezbytným krokem nutným k zajištění kvality výrobního procesu. Jelikož jsou mikroskopy schopny identifikovat defekty v řádech mikrometrů, je tato metoda často používána pro neinvazivní kontrolu waferů. Měli byste být schopni jasně zobrazit povrch vzorku prostřednictvím různých pozorovacích metod a objektivů a jednoduše zdokumentovat výsledky pro další analýzu nebo pro budoucí použití.
Mikroskopy vybavené motorizovanými stolky a navigačním softwarem pohybu po waferu přispívají k tomu, aby byly tyto procesy provedeny co nejrychleji. Volte optické mikroskopy nabízející technologii rychlého měření obrazu kombinující pokročilý hardware a software pro analýzu.
Volba hardwaru závisí na konkrétních použitích. Mikroskopy pro kontrolu polovodičových waferů podporují wafery ve velikostech 4, 8 a 12 palců. Například náš mikroskop MX63L je vybaven velkým stolkem pro wafery o velikosti až 12 palců.
Obrázek 1. Mikroskop pro kontrolu waferů MX63L
Mikroskopy pro kontrolu waferů lze spárovat s různými digitálními kamerami s vysokým rozlišením a s infračervenými (IR) kamerami. V kombinaci s moderním metrologickým softwarem mohou mikroskopy pro kontrolu waferů:
- Zachytit na různých místech snímky waferů s vysokým rozlišením s přesností na submikrometry
- Provádět měření
- Poskytnout hodnocení OK/NOK
- Uložit veškerá data
Některé systémy dokonce nabízejí zaručenou přesnost a opakovatelnost měření, takže si můžete být svými výsledky opravdu jistí.
Provádějte efektivní kontrolu waferů pomocí předdefinovaných pracovních postupů
Další důležitou částí optimalizované kontroly waferů je automatizace. Jelikož jsou metrologické kontroly obvykle prováděny na více známých místech waferu, může automatizace tohoto procesu značně zvýšit účinnost kontroly. Jednou z časově nejnáročnějších částí nastavení automatizace je však naprogramování softwaru pro provádění opakovaných kontrol.
Při výběru metrologického softwaru zvolte ten, který nabízí předdefinované pracovní postupy. Tato funkce vám umožní rychle a snadno nastavit automatizovanou kontrolu. Také se ujistěte, že hardware, který si vyberete, je schopen rychle a přesně najít kontrolní pozice. Například tohoto optimalizovaného nastavení lze dosáhnout kombinací našeho mikroskopu MX63L a softwaru Image and Measurement Software PRECiV™.
Typy automatizovaných kontrol waferů
Automatizované kontroly waferů lze nastavit různými způsoby v závislosti na tom, jaké informace máte k dispozici. Zde předkládáme dvě možnosti:
1. Kontrola waferu se známým rozložením waferu
Vzhledem k tomu, že wafery jsou předem navržené, mají výrobci obvykle k dispozici odpovídající soubor rozložení popisující 2D struktury na různých čipech. V souborech CAD je dokonce možné uložit informace o výšce Z každého bodu pro popis 3D struktury. Tento soubor s popisem rozložení lze použít k vytvoření navigační mapy waferu v případě, že používáte metrologický software, který dokáže tyto soubory číst. Chcete-li tak učinit, otevřete soubor s rozložením waferu v softwaru CAD a definujte body zájmu na čipu. Tyto informace uložte a poté je přeneste do vašeho metrologického softwaru.
Mnoho moderních metrologických softwarových programů dokáže číst soubory CAD (např. soubory DXF) a přenášet body naprogramované uživatelem, jak je znázorněno na obrázku 2a níže. V tomto příkladu představují zelené čáry navržený obvod na waferu. Značky waferů (s diakritikou: ×, +, a o) se používají k zarovnání waferu (u některých waferů je k dispozici pouze jeden pár značek nebo jsou značky v opačném pořadí). Všimněte si, že volitelný třetí referenční bod na waferu umožňuje provádět korekci náklonu.
(a)
(b)
Obrázek 2. (a) příklad CAD nákresu waferu a (b) snímky zachycené mikroskopem MX™ a softwarem PRECiV v místech uvedených na obrázku (a).
Uživatelé musí potvrdit umístění dvou nebo tří bodů a jejich zaměření v softwaru pokaždé, když vloží nový wafer. Poté software vyšle pokyn, kterým přesune motorizovaný stolek ke všem předdefinovaným měřicím bodům (červené tečky na obrázku 2a), aby mohl zachytit zaostřené snímky nebo provést živou analýzu. Obrázek 2b ukazuje jednotlivé snímky, které zachytil hardware a software. Vypadají téměř stejně, protože body zájmu se na různých čipech nacházejí na totožných místech.
Uživatelé mohou snadno upravovat pozice v původním definičním souboru a mohou převést aktualizovaný soubor do metrologického softwaru, čímž upraví proces zobrazování. Vyberte si takového dodavatele metrologického softwaru, který s vámi bude úzce spolupracovat a pomůže vám upravit a zkontrolovat všechny soubory CAD tak, aby software splnil váš konkrétní pracovní postup kontroly.
2. Kontrola waferu s polohováním založeným na řadách a sloupcích
Pro uživatele bez CAD nákresu s rozvržením waferu nabízejí některé programy pro obrazovou analýzu pracovní postup měření s více polohami a opakovaným měřením. Jedním z příkladů je přizpůsobené řešení Navigate on Wafer v softwaru PRECiV. Řešení definuje rozložení waferu a naviguje k různým bodům na waferu za účelem zachycení snímků. Obrázek 3 ukazuje příklad specifikující více oblastí vzorku.
Za prvé, rozložení waferu (odsazení čipu na osách x a y) a také zarovnání lze definovat prostřednictvím třech daných pozic čipu. Uživatelé musí vybrat opakující se struktury (modré tečky na obrázku 3) v různých čipech, například (3,3), (3,8) a (7,8).
Obrázek 3. Schéma vzorku waferu. Rozložení je založené na řadách a sloupcích a je definováno prostřednictvím tří čipů (modré tečky). Definované body zájmu (POI) představují červené tečky (vlevo). Vzorové snímky (vpravo) jsou zobrazeny na bodech zájmu.
Přesné souřadnice každého čipu budou definovány na základě tohoto souřadného systému. Poté musí uživatelé definovat seznam čipů a body zájmu (POI) každého čipu. To zahrnuje určení konkrétních míst na čipu a objektivu pro pořízení bodů zájmu (10x, 20x, 50x atd.) a volba toho, zda pro každé místo použít automatické zaostření. Nastavení bude přístupné pro všechny následné automatické přesuny do různých pozic na čipu.
Podívejte se na video níže a přesvědčte se, jak řešení Navigate on Wafer funguje:
Analýza defektů na prázdných waferech
Další důležitou kontrolou je kontrola nečistot na prázdných waferech. Toto testování může být náročné, protože mikroskop musí získat – a software musí zpracovat – velké množství snímků. Pro tuto kontrolu jsou přínosné funkce softwaru umožňující rychlé vícepolohové snímání obrazu.
Pro detekci částic umožňují některé metrologické programy uživatelům nastavit fázový práh pro identifikaci nečistot. Lze nastavit i jiná omezení částic (např. týkající se tvaru a velikosti). Současně s detekcí nečistot je možné provádět i fázovou analýzu, počítání částic a stanovit distribuci velikosti částic. Obrázek 4 ukazuje příklad metrologického softwaru, který detekuje nečistoty na kontaminovaném vzorku a poté je zobrazuje v dokumentu Excel.
Obrázek 4. Snímek vzorku prázdného waferu, který zobrazuje nečistoty v softwaru PRECiV. Zobrazeno MX mikroskopem a monochromatickou kamerou od společnosti Evident.
Dalším důvodem, proč může být kontrola waferů pomalá, je obrovské množství snímků, které je třeba zachytit. Pořizování jednotlivých snímků, jejich jednotlivé zpracování a ukládání je pomalé a neefektivní. Každý z těchto kroků zabere velké množství času, uložené snímky zaberou hodně místa a v každém kroku je zapojeno velké množství lidského úsilí. Navíc za určitých okolností (např. opakovaná měření) mají všechny snímky tendenci vypadat stejně. Uživatele zajímají pouze snímky, které obsahují relevantní data, takže je zřídkakdy potřeba uložit všechny.
Moderní metrologický software dokáže kombinovat vícenásobné snímání s živým zpracováním obrazu (fázová analýza) pro detekci nečistot ve výsledném sešitém obrazu. Typický pracovní postup zahrnuje následující kroky:
- Načtěte vzorek waferu
- Proveďte proces pořizování dat
- Nastavte prahovou hodnotu
- Klikněte na tlačítko „Detekce částic“
Uživatelé mohou navíc definovat některá kritéria přijatelnosti, takže software může posoudit, které částice je třeba vzít v úvahu.
Obrázek 5. Detekce částic na výsledném snímku kontaminovaného (v nadměrné míře) vzorku waferu (vlevo). Vpravo je zobrazen zvětšený výřez snímku s tabulkovým zobrazením detekovaných částic.
Tabulka na obrázku 5 výše ukazuje výsledky detekce částic v reálném čase na sešívaném snímku. Pokud je váš mikroskop vybaven motorizovaným stolkem, kliknutím na částici na obrázku nebo kliknutím na výsledky v tabulce přesunete stolek na místo umístění dané částice na vzorku, abyste mohli potvrdit, co software detekoval. Pro usnadnění vyhledávání velkých částic lze každý sloupec tabulky třídit.
Jako alternativa ke konvenční prahové analýze může hluboké učení urychlit detekci částic na waferech a zároveň nabídnout vyšší reprodukovatelnost a robustnější analýzu. Další informace o tom, jak hluboké učení usnadňuje a zpřesňuje obrazovou analýzu, naleznete v našem příspěvku Potenciál obrazové analýzy založené na umělé inteligenci v metalografii a materialografii.
Co nejefektivnější kontrola waferů
Výrobci polovodičových waferů i nadále hledají způsoby, jak urychlit všechny procesy, včetně kontroly kvality. Tento příspěvek ukazuje, že výběr správné kombinace mikroskopického hardwaru a metrologického softwaru je důležitý pro co nejefektivnější kontrolu waferů. Moderní funkce, jako je snadno použitelné vícepolohové zobrazování, analýza v reálném čase a hluboké učení, značně zjednodušují a urychlují proces kontroly a zároveň poskytují opakovatelnost a přesnost. Přizpůsobení analytického softwaru specifickým potřebám navigace po waferu a měřením může kontrolu ještě více zefektivnit.
Pokud potřebujete pomoc optimalizovat váš mikroskop a pracovní postup, jednoduše oslovte jednoho z našich odborníků. Jsme tady, abychom vám pomohli!
Související obsah
Řízení kontroly kvality při výrobě elektroniky s využitím softwaru PRECiV
Možnosti zobrazování pro kontrolu elektroniky a polovodičů v blízké infračervené oblasti
Abyste viděli více kombinujte při kontrole defektů waferu více zobrazovacích metod
