¿Qué son los Equipos de Inspección de Semiconductores?
Los equipos de inspección de semiconductores son equipos que inspeccionan visualmente obleas y chips semiconductores para detectar defectos durante el proceso de fabricación de semiconductores.
Los principales procesos de fabricación de semiconductores incluyen el proceso de fabricación de fotomáscaras, que equivale a la placa original para impresión, el proceso de fabricación de obleas, que es la base de los semiconductores, el proceso frontal de formación de estructuras de circuitos finos en la oblea mediante fotomáscaras, y el proceso posterior de empaquetado de chips semiconductores individuales tras la formación de circuitos. En detalle, hay cientos de procesos.
En los últimos años, la tecnología de microfabricación de semiconductores ha alcanzado el rango de varios nanómetros (aproximadamente 1/10.000 del grosor de un cabello humano), mientras que al mismo tiempo las obleas han aumentado de diámetro, y ahora se pueden producir varios miles de chips semiconductores con miles de millones de transistores a partir de una sola oblea.
Los equipos de inspección son extremadamente importantes en los procesos de fabricación de semiconductores que presumen de tal productividad, lo que conlleva el rechazo temprano de productos defectuosos, la reducción de costes y la mejora de la calidad y la fiabilidad. Los criterios de selección de Equipos de Inspección de Semiconductores deben tener en cuenta el diámetro de la oblea, el proceso utilizado y el tipo de defecto a detectar.
Usos de los Equipos de Inspección de Semiconductores
Los equipos de inspección de semiconductores se utilizan en varias fases del proceso de fabricación de semiconductores.
Los defectos detectados con los equipos de inspección de semiconductores incluyen distorsión, grietas y arañazos en fotomáscaras y obleas, adherencia de cuerpos extraños, desalineación de patrones de circuitos formados en el proceso front-end, defectos dimensionales, defectos de embalaje en el proceso back-end, y muchos otros casos.
Por este motivo, es necesario seleccionar los equipos de inspección de semiconductores y el software adecuados para cada proceso, y se está promoviendo la automatización mediante IA y otras tecnologías para acelerar y reducir la mano de obra necesaria para las inspecciones.
Principio de los Equipos de Inspección de Semiconductores
Los equipos de inspección de semiconductores constan de un dispositivo de medición, software para procesar los datos medidos y equipos para realizar las mediciones correspondientes.
Como dispositivos de medición se utilizan cámaras de alta resolución, microscopios electrónicos e instrumentos de medición láser. El software para procesar los datos medidos tiene algoritmos desarrollados para los procesos que se van a inspeccionar. También se necesitan equipos que supriman las vibraciones e iluminen el equipo para realizar mediciones adecuadas. A continuación se describen la tecnología de imágenes, la tecnología de procesamiento de imágenes y la tecnología de clasificación de defectos, que son fundamentales para los Equipos de Inspección de Semiconductores.
- Tecnología de Imágenes
La tecnología de imágenes mide los defectos irradiando un rayo láser sobre la oblea y detectando la luz dispersa. Al iluminar irregularidades mínimas, se pueden detectar cuerpos extraños y daños. - Tecnología de Procesamiento de Imágenes
La tecnología de procesamiento de imágenes utiliza el hecho de que el patrón formado en todos los chips de una oblea es el mismo, y detecta los defectos comparando los patrones vecinos. Es capaz de procesar a gran velocidad y con un amplio alcance. - Tecnología de Clasificación de Defectos
La tecnología de clasificación de defectos es una tecnología que, tras detectar un defecto, lo clasifica y extrae la causa. Esta tecnología es necesaria para identificar y abordar las causas de los defectos.
Tipos de Inspección Visual de Semiconductores
1. Inspección Visual en el Proceso de Fabricación de Obleas y en el Proceso front-end
Las obleas se fabrican a partir de materias primas para semiconductores como el silicio, que se forman como materiales monocristalinos cilíndricos llamados lingotes, se cortan a un grosor de aproximadamente 1 mm y se pulen en la superficie, cuyo diámetro es recientemente de 12 pulgadas (aprox. 30 cm).
Entre los defectos de las obleas se incluyen no sólo las materias extrañas adheridas, sino también los defectos superficiales y las grietas en la propia oblea, el procesamiento desigual y los defectos de cristal, etc. La inspección visual en el proceso de fabricación de obleas detecta principalmente estos defectos mediante la irradiación de luz láser.
En el proceso de fabricación de obleas pueden producirse dos tipos principales de defectos, denominados aleatorios y sistemáticos. Los defectos aleatorios son causados principalmente por partículas extrañas, pero como son aleatorios, su localización es impredecible. Por ello, los defectos aleatorios en las obleas se detectan mediante procesamiento de imágenes. Los defectos sistemáticos, por el contrario, son defectos causados por partículas adheridas a la fotomáscara o a las condiciones del proceso de exposición, por ejemplo en la fotomáscara, y tienden a producirse en el mismo lugar en cada chip semiconductor de la oblea.
2. Inspección Visual en el Proceso Back-End
En el proceso back-end, la oblea se corta en chips individuales (corte en dados), se coloca en un envase de resina o cerámica, y los terminales del chip se conectan a los del envase (wire bonding) y se sellan. La última parte del proceso es principalmente una inspección eléctrica, pero también incluye inspecciones visuales para detectar defectos en la unión de cables, defectos en la impresión del número de pieza, etc.
Otra Información sobre la Inspección Visual de Semiconductores
1. Importancia de la Inspección Visual de Semiconductores
En general, las inspecciones visuales en el proceso de fabricación suelen tener como objetivo comprobar si hay suciedad, arañazos, etc., y en algunos casos no tienen nada que ver con la funcionalidad o el rendimiento del producto, pero la suciedad y los arañazos en la fabricación de semiconductores no son problemas meramente aparentes, sino que en casi todos los casos afectan a la funcionalidad y el rendimiento del producto.
Los semiconductores son dispositivos electrónicos y, al igual que otros dispositivos eléctricos y electrónicos, se realizan inspecciones eléctricas, pero es extremadamente difícil inspeccionar todos los miles de millones de transistores y el cableado que los conecta, y sólo las inspecciones visuales pueden confirmar cosas como las puertas de los transistores y la delgadez del cableado.
2. Precisión en la Inspección Visual de Semiconductores
En los procesos de semiconductores a nivel nanométrico, el grosor de un solo hilo y la separación entre hilos adyacentes son de varios nanómetros.
Si aquí existen defectos de orden nanométrico, pueden provocar cortocircuitos en el cableado y roturas de hilos. Además, aunque la anchura del cableado se convierta en el 90% del valor diseñado debido a un defecto de 1/10 del tamaño, la resistencia y la capacitancia del cableado cambiarán. Cuando una corriente eléctrica fluye a través de este cableado, se produce un fenómeno conocido como electromigración, en el que los átomos de metal se desplazan debido al movimiento de los electrones, lo que adelgaza rápidamente el cableado y provoca desconexiones en un corto periodo de tiempo.
Así pues, la fabricación de semiconductores requiere inspecciones visuales con una precisión extremadamente fina y, a medida que evolucione la tecnología de microfabricación, la precisión requerida seguirá aumentando en el futuro.