A inspeção de wafers é um processo essencial no setor de semicondutores que envolve encontrar defeitos em um wafer. De forma simples, um wafer é uma fatia fina de material semicondutor, como o silício, usado para fazer circuitos integrados (também chamados de ICs ou chips) onde os circuitos elétricos são montados.
Os chips semicondutores são componentes essenciais em dispositivos eletrônicos, como carros, laptops, eletrodomésticos e smartphones. Por isso, os wafers são produzidos rapidamente e em grandes quantidades. Para conseguir atender a demanda, a inspeção de wafers deve ser rápida, precisa e repetível.
Então, como os fabricantes podem melhorar o controle de qualidade da inspeção de wafers?
Uma maneira fácil de otimizar o processo de inspeção de wafers é escolher a combinação certa de equipamentos. Combinar um microscópio de inspeção de wafers semicondutores com um software intuitivo de análise de imagens de metrologia pode simplificar o processo de trabalho e economizar tempo. Este post aborda como otimizar a configuração e o processo de trabalho do seu microscópio para inspeção de wafers e análises de defeitos.
Dicas para selecionar equipamentos e softwares de microscópio para inspeção de wafers
A fabricação de wafers é um processo complexo. Ela inclui a criação de circuitos, oxidação de wafers, revestimento fotorresistente, impressão de padrões, cauterização, difusão de impurezas e planarização. Podem ocorrer defeitos nos produtos finais em qualquer uma dessas etapas. Defeitos comuns incluem revestimentos irregulares, impurezas e circuitos quebrados.
Os defeitos dos wafers podem impedir o funcionamento adequado do circuito elétrico. Portanto, a inspeção dos wafers é uma etapa fundamental para garantir a qualidade do produto no processo de fabricação. Com defeitos em escala micrométrica, os microscópios ópticos são muitas vezes usados para inspeção não destrutiva de wafers. Você deve ser capaz de ver claramente a superfície da amostra com vários métodos de observação e lentes objetivas, assim como documentar facilmente os resultados para análise posterior ou referência futura.
Microscópios equipados com platinas motorizadas e software de navegação de wafers ajudam esse trabalho a ser feito o mais rápido possível. Procure microscópios ópticos que ofereçam tecnologia de medição de imagem rápida combinando hardware avançado e software de análise.
O hardware escolhido depende das suas aplicações. Há microscópios de inspeção de wafers semicondutores disponíveis que suportam wafers de 4, 8 e 12 polegadas. Por exemplo, nosso microscópio MX63L é equipado com uma platina grande para acomodar wafers de até 12 polegadas.
Figura 1. Microscópio MX63L para inspeção de wafers
Os microscópios de inspeção de wafers podem ser combinados com várias câmeras digitais de alta resolução e câmeras infravermelhas (IV). Junto com software de metrologia moderno, os microscópios de inspeção de wafers são capazes de:
- Capturar imagens de wafers submicrométricas de alta resolução em vários locais
- Realizar medições
- Fornecer julgamentos de OK/NOK
- Salvar todos os dados
Alguns sistemas ainda oferecem precisão de medição e repetibilidade garantidas para que você possa confiar nos resultados.
Realize uma inspeção eficiente de wafers usando processos de trabalho predefinidos
Outro recurso importante para uma configuração otimizada de inspeção de wafers é a automação. Como as inspeções de metrologia normalmente são realizadas em várias posições conhecidas em um wafer, a automatização desse processo melhora muito a eficiência da inspeção. Entretanto, uma das partes mais demoradas da configuração da automação é a programação do software para realizar as inspeções de forma repetitiva.
Ao escolher um software de metrologia, procure um que ofereça processos de trabalho predefinidos. Esse recurso permite que você configure de forma rápida e fácil uma inspeção automatizada. Da mesma forma, certifique-se de que o hardware escolhido seja capaz de localizar as posições de inspeção com rapidez e precisão. Por exemplo, essa configuração otimizada pode ser obtida combinando nosso microscópio MX63L com o software de imagem e medição PRECiV™.
Tipos de inspeções automatizadas de wafers
As inspeções automatizadas de wafers podem ser configuradas de diferentes maneiras, dependendo de quais informações estiverem disponíveis para você. Aqui temos duas opções:
1. Inspeção de wafers com um layout de wafer conhecido
Como os wafers são pré-projetados, normalmente os fabricantes têm um arquivo de layout de mapa correspondente que descreve as estruturas 2D em diferentes chips. Em arquivos CAD, também é possível salvar informações de altura Z de cada ponto para um layout de estrutura 3D. Este arquivo de layout pode ser usado para construir o mapa de navegação de wafers se estiver usando um software de metrologia que consegue ler esses arquivos. Para fazer isso, abra o arquivo do design do wafer no software CAD e defina os pontos de interesse no chip. Salve essas informações e depois transfira-as para o seu software de metrologia.
Muitos programas de software de metrologia modernos são capazes de ler arquivos CAD (por exemplo, arquivos DXF) e transferir os pontos programados pelo usuário, como mostrado na Figura 2a abaixo. Neste exemplo, as linhas verdes representam o design do circuito no wafer. Os marcadores de wafers (exagerados: ×, + e o) são usados para alinhar o wafer (em alguns wafers, apenas um par de marcadores está disponível ou os marcadores estão na ordem inversa). Observe que um terceiro ponto de referência opcional no wafer permite que você realize a correção de inclinação.
(a)
(b)
Figura 2. (a) Exemplo de desenho CAD de um wafer e (b) imagens capturadas usando um microscópio MX™ e software PRECiV nos locais definidos na imagem (a).
Os usuários devem confirmar os locais dos dois ou três pontos e seu foco no software toda vez que um novo wafer é carregado. Em seguida, o software acionará a platina motorizada para se mover para todos os pontos de medição predefinidos (pontos vermelhos na Figura 2a) para capturar imagens em foco ou realizar análises em tempo real. A Figura 2b mostra as imagens individuais que o hardware e o software capturaram. Eles parecem quase iguais, pois os pontos de interesse estão nos mesmos locais em chips diferentes.
Os usuários podem modificar facilmente as posições no arquivo de definição original e transferir o arquivo atualizado para o software de metrologia para modificar o processo de formação de imagem. Escolha um fornecedor de software de metrologia que ajudará você a ajustar e analisar todos os arquivos CAD para que o software atenda ao seu fluxo de trabalho de inspeção específico.
2. Inspeção de wafers com posicionamento baseado em linha e coluna
Para usuários sem um desenho CAD do layout do wafer, alguns programas de análise de imagem oferecem um fluxo de trabalho de medição repetitiva e com multiposição. Um exemplo é a solução customizada Navegar no wafer no software PRECiV. A solução define o layout do wafer e navega para vários pontos nele para a formação de imagem. A Figura 3 mostra um exemplo que especifica várias regiões da amostra.
Primeiro, o layout do wafer (deslocamento do chip em x e y), assim como o alinhamento, podem ser definidos por três posições de chip dadas. Os usuários devem pegar as estruturas repetitivas (pontos azuis na Figura 3) em diferentes chips, como (3,3), (3,8) e (7,8).
Figura 3. Esquema de uma amostra de wafer. A definição do layout é baseada em linhas e colunas usando três chips (pontos azuis). Os pontos de interesse (POIs - Points of Interest) definidos são os pontos vermelhos (à esquerda). Imagens de amostra (à direita) são mostradas nos POIs.
As coordenadas exatas de cada chip serão definidas com base neste sistema de coordenadas. Em seguida, os usuários devem definir uma lista de chips e pontos de interesse (POIs - Points of Interest) por chip. Isso inclui determinar localizações específicas no chip e lentes objetivas para aquisição por POI (10X, 20X, 50X, etc.) e escolher se deseja aplicar o foco automático em cada local. As configurações serão acessadas para todos os movimentos automáticos subsequentes para diferentes posições de chip.
Para ver com seus próprios olhos como a solução Navegar no wafer, assista ao vídeo abaixo:
Análise de defeitos em wafers em branco
A verificação de impurezas em wafers em branco é outra inspeção importante. Esse teste pode ser desafiador porque o microscópio deve adquirir uma grande quantidade de imagens e o software deve processá-las. As capacidades do software de aquisição rápida de imagem em várias posições beneficiam essa inspeção.
Para detectar partículas, alguns softwares de metrologia permitem que os usuários configurem um limite de fase para identificar impurezas. Outras restrições de partículas, como limitações de formato e tamanho, também podem ser configuradas. A análise de fase, as contagens de partículas e as distribuições de tamanho também podem ser realizadas simultaneamente com a detecção de impurezas. A Figura 4 mostra um exemplo de software de metrologia detectando impurezas em uma amostra contaminada e exibindo-as em uma planilha de Excel.
Figura 4. Uma imagem instantânea de uma amostra de wafer em branco mostrando impurezas no software PRECiV. Adquirida com um microscópio MX e câmera monocromática da Evident.
Outra razão pela qual a inspeção de wafer pode ser lenta é a grande quantidade de imagens que precisam ser capturadas. Capturar as imagens separadamente, processá-las uma após a outra e salvá-las é um processo lento e ineficiente. Cada etapa leva tempo, o armazenamento de imagens ocupa muito espaço e a ação de uma pessoa está envolvida em cada etapa. Além disso, em certas circunstâncias (por exemplo, medições repetitivas), todas as imagens tendem a parecer iguais. Os usuários estão interessados apenas nas imagens que contêm dados relevantes, por isso raramente é necessário salvar todas elas.
O software de metrologia moderno pode combinar aquisição de alinhamento de várias imagens com processamento de imagem em tempo real (análise de fase) para detecção de impurezas na imagem montada resultante. Um processo de trabalho típico inclui as seguintes etapas:
- Carregar uma amostra de wafer
- Realizar o processo de aquisição de alinhamento
- Configurar um limite
- Clicar no botão de Detecção de partículas
Além disso, os usuários podem definir alguns critérios de aprovação, para que o software possa fazer um julgamento sobre quais partículas ele deve levar em consideração.
Figura 5. Detecção de partículas em uma imagem montada de uma amostra de wafer contaminada (exageradamente) (à esquerda). Uma seção ampliada da imagem com uma exibição tabular das partículas detectadas é mostrada à direita.
A tabela na Figura 5 acima mostra os resultados da detecção de partículas em tempo real na imagem montada. Se o seu microscópio estiver equipado com uma platina motorizada, clicar em uma partícula na imagem ou clicar nos resultados da tabela levará a platina até o local da partícula na amostra para que você possa confirmar o que o software detectou. Para facilitar a busca por partículas grandes, cada coluna da tabela pode ser classificada.
Como alternativa a uma análise convencional baseada em limites, o aprendizado profundo pode acelerar a detecção de partículas em wafers, oferecendo maior reprodutibilidade e uma análise mais robusta. Você pode aprender mais sobre como o aprendizado profundo torna a análise de imagem mais fácil e precisa em nosso post. O potencial da análise de imagem baseada em IA em metalografia e materialografia.
Tornando a inspeção de wafers o mais eficiente possível
Os fabricantes de wafers semicondutores continuam a explorar maneiras de acelerar todos os seus processos, incluindo o controle de qualidade. Este post demonstra que escolher a combinação certa de hardware de microscopia e software de metrologia é importante para tornar a inspeção de wafers o mais eficiente possível. Recursos modernos, como formação de imagem com multiposições fáceis de usar, análise em tempo real e aprendizado profundo, simplificam e aceleram muito o processo de inspeção, ao mesmo tempo em que fornecem repetibilidade e precisão. Personalizar o software de análise para necessidades específicas de navegação e medição de wafers pode agilizar ainda mais as inspeções.
Se precisar de ajuda para otimizar seu microscópio de inspeção de wafers e o processo de trabalho, basta entrar em contato com um de nossos especialistas. Estamos aqui para ajudar!
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