Les composants microélectroniques dans les appareils électroniques font désormais partie de notre vie quotidienne, que ce soit dans les téléphones mobiles, les maisons ou les voitures connectées. Conçus avec des capteurs et des émetteurs optiques intelligents, ainsi qu’avec des modules logiques et de mémoire correspondants, ces composants de pointe nécessitent des installations de production hautement complexes, qui doivent porter une attention particulière à la manipulation et au contrôle de la qualité. Par conséquent, la production de wafers semi-conducteurs est un processus en grande partie automatisé. Cependant, certaines parties de la production sont complétées par des processus de tests manuels, comme la microscopie, dans un environnement de salle blanche contrôlé.
Répondre aux exigences de qualité dans la production de DEL à l’aide de la microscopie
Figure 1. Wafer saphir observé avec un microscope de la série MX. Image reproduite avec l’aimable autorisation de PVA SPA.
La microscopie aide les fabricants à répondre aux exigences de qualité liées à la production de DEL. La demande de produits finis plus performants et plus fiables alimente le processus d’amélioration continue associé à la production de DEL. Ces améliorations sont nécessaires à l’évolution de la miniaturisation et à l’augmentation de la densité de puissance.
ams OSRAM est un fabricant de solutions optiques de premier plan s’efforçant de répondre à des exigences strictes en matière de production. Son activité de production de semi-conducteurs optoélectroniques à Ratisbonne, en Allemagne, applique des normes de qualité élevées en matière de pureté de l’air et de protection contre la contamination par les particules dans les stations de contrôle visuel de post-production. Les systèmes de microscope pour le contrôle post-production de wafers saphir, de wafers d’arséniure de gallium (GaAs) ou de wafers de silicium dans la production de DEL sont généralement des postes de travail ouverts situés dans une salle blanche certifiée selon la norme DIN EN ISO 14644-1.
Pour réduire la génération de particules par l’opérateur de l’usine, les wafers doivent être protégés lors de l’inspection au microscope. Une pureté de l’air définie est également déterminée dans le système d’inspection. Les wafers sont acheminés entre les différentes étapes du processus dans des cassettes fermées de 25 compartiments chacune pour répondre à l’augmentation de la demande.. Par conséquent, une machine doit être en mesure de déverrouiller cette cassette et la reverrouiller à la fin du processus. Pour les wafers d’un diamètre de 200 mm (7,9 pouces), des cassettes SMIF (interface mécanique standard) sont utilisées. La plupart du temps, l’inspection visuelle des propriétés de surface du wafer est effectuée à l’aide de procédés lithographiques et chimiques. Les opérateurs de l’usine doivent confirmer que la taille des composants est exacte et valider l’absence de défauts.
Intégration du microscope dans la production automatisée
Pour répondre à ces exigences, ams OSRAM avait besoin de trouver un fournisseur de microscopes partiellement automatisés avec un processus d’intégration adapté à la production automatisée. Le fabricant s’est tourné vers PVA TePla, une société d’ingénierie de systèmes représentée par la filiale PVA SPA Software Entwicklungs GmbH, située à Cobourg, en Allemagne.
PVA SPA a fait preuve d’une grande flexibilité lors de la mise en œuvre de ses exigences particulières en matière de processus. Ces dernières comprenaient un couplage d’usine normalisé à l’aide du protocole SECS-GEM et une traçabilité complète des contrôles optiques manuels grâce à la productions de rapports numériques vers un système de contrôle de production de niveau supérieur. PVA SPA a offert des solutions individuelles pour répondre à ces besoins. Les nouveaux microscopes semi-automatisés proposés par le fournisseur pourraient également convenir à un test de rentabilité effectué par le fabricant.
L’association de l’inspection guidée des wafers et du contrôle simple effectué par l’opérateur constituent une solution manuelle bien intégrée dans l’environnement de production automatisée. Les systèmes de production et de contrôle des données sont automatiquement alimentés après le contrôle manuel partiel. Le flux de la ligne de production et les modes de réservation ne sont que légèrement affectés.
Systèmes de microscope intelligent pour l’inspection des wafers
Le nouveau système de microscope comprend un chargeur de wafers UL200 qui peut automatiquement ouvrir et reverrouiller les cassettes de wafers SMIF. Après déverrouillage, les wafers sont chargés à partir de la cassette dans un espace intérieur fermé à l’intérieur du système. Là, une boîte de distribution située sur le boîtier fournit un flux laminaire descendant d’air pur, car une pureté d’air adéquate à l’intérieur du système est essentielle. Le boîtier du chargeur de wafers et du microscope protège également les composants contre tout dommage mécanique.
Figure 2 : Le système de microscope intègre un chargeur de wafers UL200 pour les cassettes de wafers SMIF et une boîte de distribution pour la pureté de l’air. Image reproduite avec l’aimable autorisation de PVA SPA.
Le système intègre le microscope d’inspection de semi-conducteurs de série MX™ d’Olympus. Ce microscope est doté d’une mise au point automatique laser modulaire et intégrable et d’une platine XY motorisée entièrement contrôlable de l’extérieur. Cela permet aux opérateurs de traiter des tâches d’inspection définies à partir de l’écran.
Figure 3. Le microscope de la série MX dédié aux semi-conducteurs peut être utilisé pour inspecter des wafers allant jusqu’à 300 mm (11,8 pouces).
Figure 4. Les objectifs de haute qualité utilisés avec le microscope de la série MX sont particulièrement adaptés à l’inspection par fluorescence UV et par infrarouge.
Concernant la traçabilité des défauts trouvés sur un wafer, les opérateurs peuvent mesurer les anomalies sur l’image et ajouter les informations numériques aux fichiers KLARF, un format standard dans l’industrie pour les fonctionnalités étendues de carte de wafer. Dans le but d’améliorer le processus, le microscope de la série MX peut également cibler les défauts sur le wafer. Par le passé, ces défauts étaient détectés à l’aide de systèmes d’inspection optique automatique (AOI).
Faciliter un travail analytique dans un environnement de processus automatisé
Même avec le dernier système AOI, les commandes optiques manuelles des microscopes sont indispensables pour ams OSRAM. Des efforts manuels sont souvent nécessaires pour le développement et l’amélioration des produits. Le Dr Robert Friedemann, expert en chef, service Testing and Analytics chez ams OSRAM, explique les avantages de ces contrôles manuels sur le développement et la qualité des produits.
« Avec les microscopes SMIF, nous sommes parvenus à offrir à nos collègues ingénieurs et développeurs un système de commande qui permet un travail analytique dans un environnement de processus automatisé », a indiqué le Dr Friedemann. « Une impression macroscopique et microscopique du matériau du wafer est indispensable pour les activités de développement de base et d’amélioration du produit. Les marquages et les images sont désormais directement liés dans KLARF et peuvent être visualisés immédiatement dans le système de gestion du rendement à l’étape correspondante du processus. »
PVA SPA s’est adaptée tout au long du processus pour s’assurer que tous les besoins étaient satisfaits. Par exemple, divers filtres passe-bande doivent être dirigés et contrôlés par le logiciel. En outre, les DEL du système d’éclairage du microscope doivent être contrôlables individuellement pour la microscopie spectrale.
« Parfois, les paramètres d’un système doivent être redéfinis. En tant qu’intégrateur système, il est essentiel de s’adapter et de toujours rester ouvert aux besoins individuels des clients », a indiqué Kevin Fredriksen, directeur des ventes chez PVA SPA.
Le Dr Friedemann et M. Fredriksen conviennent que le système de microscope répond à tous les besoins déterminés et fournit une solution fiable et rentable pour le développement et la qualité des produits.
