La inspección de obleas es un proceso clave en la industria de los semiconductores y consiste en encontrar defectos en una oblea. Dicho de forma sencilla, una oblea es una lámina fina de un material semiconductor, como el silicio, que se utiliza para fabricar circuitos integrados (también llamados CI o chips) en los que se montan circuitos eléctricos.
Los chips semiconductores son componentes esenciales para los dispositivos electrónicos, como los automóviles, ordenadores/computadoras portátiles, electrodomésticos y teléfonos inteligentes, de ahí la necesidad de producir obleas de forma rápida y en elevadas cantidades. Para mantenerse al día con la demanda, la inspección de obleas debe ser rápida, precisa y repetible.
Entonces, ¿cómo pueden los fabricantes mejorar su control/aseguramiento de calidad en la inspección de obleas?
Una manera fácil de optimizar su proceso de inspección de obleas es escoger la combinación adecuada de equipamiento. La combinación de un microscopio de inspección de obleas de semiconductores con un software intuitivo dedicado al análisis metrológico de imágenes puede simplificar su flujo de trabajo y ahorrarle tiempo. Esta publicación trata sobre cómo optimizar la configuración y el flujo de trabajo de su microscopio para la inspección de obleas y el análisis de defectos.
Consejos para seleccionar el equipamiento del microscopio y el software para la inspección de obleas
La fabricación de obleas es un proceso complejo. Abarca la creación de circuitos, la oxidación de obleas, el revestimiento fotorresistente, la impresión de patrones, el grabado, la difusión de impurezas y la planarización. En cualquiera de estas fases es posible que se introduzcan defectos en los productos finales. Entre los defectos más comunes se encuentran los revestimientos irregulares, las impurezas y los circuitos rotos.
Los defectos en las obleas pueden impedir que el circuito eléctrico funcione correctamente, por tanto la inspección de obleas es un paso fundamental para garantizar la calidad del producto en el proceso de fabricación. En el caso de los defectos a escala micrométrica, los microscopios ópticos se utilizan a menudo para la inspección no destructiva de obleas. Es posible ver claramente la superficie de la muestra con varios métodos de observación y lentes de objetivo, así como documentar fácilmente los resultados para su posterior análisis o referencia en el futuro.
Los microscopios equipados con platinas motorizadas y software para la navegación de obleas contribuyen a que este trabajo se realice de la forma más rápida posible. Elija microscopios ópticos que ofrezcan una tecnología de medición rápida con respecto a las imágenes gracias a la combinación de un hardware avanzado y un software de análisis.
Cuando selecciona el el hardware básese en sus aplicaciones. Existen microscopios para la inspección de obleas de semiconductores compatibles con obleas de 4, 8 y 12 pulgadas. Por ejemplo, nuestro microscopio MX63L está equipado con una gran platina que permite alojar obleas de hasta 12 pulgadas.
Figura 1. Microscopio MX63L para la inspección de obleas
Los microscopios para la inspección de obleas pueden combinarse con varias cámaras digitales de alta resolución y cámaras de infrarrojos (IR). Junto con un moderno software de metrología, los microscopios para la inspección de obleas pueden:
- capturar imágenes de alta resolución de obleas submicrométricas en distintas ubicaciones;
- ejecutar mediciones;
- proporcionar una confirmación de calidad afirmativa o negativa (OK o NOK).;
- guardar todos los datos.
Algunos sistemas ofrecen incluso una precisión y una repetibilidad garantizadas de las mediciones para que pueda confiar en los resultados.
Inspección eficiente de obleas mediante flujos de trabajo predefinidos
Otra capacidad importante que permite configurar de forma óptima la inspección de obleas es la automatización. Dado que las inspecciones metrológicas suelen levarse a cabo en múltiples posiciones conocidas de una oblea, la automatización de este proceso mejora enormemente el rendimiento de la inspección. No obstante, una de las partes que consume más tiempo a la hora de configurar la automatización es programar el software para llevar a caboinspecciones repetidas.
Al escoger un software de metrología, busque uno que ofrezca flujos de trabajo predefinidos. Esta característica le permite la configuración rápida y sencilla de una inspección automatizada. Del mismo modo, asegúrese de que el hardware que escoja permita localizar con rapidez y precisión las posiciones de inspección. Por ejemplo, esta configuración optimizada puede lograrse combinando nuestro microscopio MX63L con el software de imagen y medición PRECiV™.
Tipos de inspecciones automatizadas de obleas
Es posible configurar las inspecciones automatizadas de obleas de distintas maneras en función de la información de que disponga. A continuación, se proporcionan dos opciones:
1. Inspección de obleas con una disposición conocida de obleas
Dado que las obleas están prediseñadas, normalmente los fabricantes disponen del archivo correspondiente de diseño cartográfico que describe las estructuras 2D de los distintos chips. En los archivos CAD, es incluso posible guardar información sobre la altura Z de cada punto para una distribución estructural 3D. Este archivo de distribución puede usarse al elaborar el mapa de navegación de obleas en caso de estar usando un software de metrología capaz de leer estos archivos. Para ello, abra el archivo de diseño de la oblea con un software CAD y defina los puntos de interés del chip. Guarde esta información y, a continuación, transfiérala a su software de metrología.
Muchos programas modernos de software de metrología pueden leer archivos CAD (por ejemplo, archivos DXF) y transferir los puntos programados por el usuario, tal y como se muestra en la Figura 2a que aparece a continuación. En este ejemplo, las líneas verdes representan el diseño del circuito en la oblea. El alineamiento de obleas, hace uso de los marcadores presentes en una oblea (predominantes: ×, + y o) (en algunas obleas sólo se dispone de un par de marcadores o los marcadores están en orden inverso). Tenga en cuenta que un tercer punto de referencia opcional en la oblea permite llevar a cabo la corrección de la inclinación.
(a)
(b)
Figura 2. (a) Ejemplo del dibujo CAD de una oblea e (b) imágenes captadas mediante un microscopio MX™ y el software PRECiV en las ubicaciones definidas en la imagen (a).
Cada vez que se carga una nueva oblea, los usuarios deben confirmar en el software la ubicación de los dos o tres puntos y su enfoque. A continuación, el software accionará la platina motorizada para desplazarla a todos los puntos de medición predefinidos (puntos rojos de la Figura 2a) con el fin de capturar imágenes enfocadas o realizar análisis en tiempo real. La Figura 2b muestra las imágenes individuales capturadas por el hardware y el software. Son casi iguales, ya que los puntos de interés se encuentran en las mismas ubicaciones de diferentes chips.
Los usuarios pueden modificar con facilidad las posiciones que aparecen en el archivo de definición original y transferir el archivo actualizado al software de metrología para modificar el procesamiento de imágenes. Escoja un proveedor de software de metrología para que colabore estrechamente con usted y le ayude a ajustar y revisar todos los archivos CAD de modo que el software se adapte a su flujo de trabajo específico de inspección.
2. Inspección de obleas con posicionamiento por líneas y columnas
Para aquellos usuarios que no dispongan de un dibujo CAD sobre la distribución de la oblea, existen algunos programas de análisis de imágenes que ofrecen un flujo de trabajo multiposición y de medición repetitiva. Un ejemplo es la solución personalizada Navigate on Wafer (Navegación en oblea) del software PRECiV. La solución define la distribución de la oblea y navega hasta diversos puntos de esta misma para el procesamiento de imágenes. La Figura 3 muestra un ejemplo en el que se especifican varias regiones de muestra.
En primer lugar, la disribución de la oblea (desplazamiento del chip en x e y) y la alineación pueden definirse mediante tres posiciones dadas del chip. Los usuarios deben captar las estructuras repetitivas (puntos azules en la Figura 3) en diferentes chips, como (3,3), (3,8) y (7,8).
Figura 3. Esquema de una muestra de oblea. La definición de la distribución está basada en líneas y columnas y utiliza tres chips (puntos azules). Los puntos de interés (POD, sigla en inglés) definidos son los puntos rojos (izquierda). Las imágenes de muestra (derecha) se muestran según los POD.
Las coordenadas exactas de cada chip se definirán en función de este sistema de coordenadas. A continuación, los usuarios deben definir una lista de chips y los puntos de interés (POD) por cada chip. Esto implica determinar las ubicaciones específicas en el chip y las lentes de objetivo para la adquisición por POD (10X, 20X, 50X, etc.) y decidir si se va a aplicar el enfoque automático en cada ubicación. Los parámetros estarán accesibles durante todos los movimientos automáticos posteriores llevados hacia las diferentes posiciones del chip.
Para ver cómo funciona en la práctica la solución Navigate on Wafer, mire el video que aparece a continuación:
Análisis de defectos en obleas vacías
Otra inspección importante es comprobar si hay impurezas en las obleas vacías. Este análisis puede suponer un desafío, ya que el microscopio debe adquirir un elevado número de imágenes y el software debe procesarlas. Esta inspección se beneficia de las rápidas capacidades del software de adquisición de imágenes multiposición.
Para detectar partículas, algunos softwares de metrología permiten a los usuarios definir un umbral de fase para identificar impurezas. También es posible configurarotras condiciones de partículas, como las limitaciones de forma y tamaño. Asimismo, es posible llevar a cabo análisis de fase, recuentos de partículas y distribuciones de tamaño al mismo tiempo que la detección de impurezas. La Figura 4 muestra un ejemplo de cómo un software de metrología detecta impurezas en una muestra contaminada y, a continuación, las muestra en una hoja de cálculo Excel.
Figura 4. Imagen instantánea de una muestra de oblea vacía que presenta impurezas en el software PRECiV. Obtención de imágenes con un microscopio MX y una cámara monocromática de Evident.
Otro de los motivos por los que la inspección de obleas puede resultar lenta es el enorme número de imágenes que deben capturarse. La captura de las imágenes de forma individual, su procesamiento una tras otra y su almacenamiento es un proceso lento e ineficiente. Cada paso requiere tiempo;es necesario dedicar mucho espacio al almacenamiento de imágenes y en todos los pasos interviene el esfuerzo humano. Además, en algunas circunstancias (p. ej., mediciones repetitivas), las imágenes suelen tener el mismo aspecto. Los usuarios sólo están interesados en las imágenes que contienen datos relevantes, por lo que rara vez es necesario guardarlas todas.
Los modernos softwares de metrología pueden combinar la adquisición de alineación de múltiples imágenes con el procesamiento de imágenes en tiempo real (análisis de fase) para detectar impurezas en la imagen mosaico resultante. Un flujo de trabajo típico comprende los siguientes pasos:
- Cargar una muestra de oblea
- Llevar a cabo el proceso de adquisición por aplicación mosaico
- Configurar un umbral
- Hacer clic en el botón Particle Detection
Adicionalmente, los usuarios pueden definir algunos criterios de aceptación, de modo que el software pueda determinar qué partículas deben tenerse en cuenta.
Figura 5. Detección de partículas en una imagen mosaico de una muestra de oblea (exageradamente) contaminada (izquierda). A la derecha se muestra una sección ampliada de la imagen con una visualización tabular de las partículas detectadas.
La tabla de la Figura 5 anterior muestra en tiempo real los resultados de la detección de partículas en la imagen mosaico. En caso de que su microscopio esté equipado con una platina motorizada, al hacer clic en una partícula de la imagen o pulsar cualquiera delos resultados de la tabla, la platina se dirigirá a la ubicación de la partícula presente en la muestra para que sea posible confirmar lo que ha detectado el software. Es posible ordenar las columnas para que la búsqueda de partículas sea más fácil para usted.
El aprendizaje profundo, como alternativa a un análisis convencional basado en umbrales, puede acelerar la detección de partículas en las obleas, ofreciendo al mismo tiempo una mayor reproducibilidad y un análisis más robusto. A través de la siguiente publicación, encontrará más información sobre cómo el aprendizaje profundo facilita el análisis de imágenes y lo hace más preciso: El potencial del análisis de imágenes por IA en la metalografía y materialografía.
Hacer que la inspección de obleas sea lo más eficiente posible
Los fabricantes de obleas de semiconductores continúan estudiando formas de acelerar todos sus procesos, como el control de calidad. Esta publicación demuestra que es importante elegir la combinación adecuada de hardware de microscopía y software de metrología para que la inspección de obleas sea lo más eficiente posible. Las características modernas, como el procesamiento de imágenes multiposición de fácil uso, el análisis en tiempo real y el aprendizaje profundo, simplifican y aceleran enormemente el proceso de inspección y, al mismo tiempo, ofrecen repetibilidad y precisión. La adaptación del software de análisis a las necesidades específicas de navegación y medición de obleas puede optimizar aún más las inspecciones.
Si necesita ayuda con la optimización de su microscopio de inspección de obleas y su flujo de trabajo, no dude en ponerse en contacto con uno de nuestros especialistas. ¡Estamos aquí para ayudarle!
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