Halbleiterprüfgeräte

Was sind Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung?

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung sind Geräte, die Wafer und Halbleiterchips während des Halbleiterherstellungsprozesses visuell auf Fehler untersuchen.

Zu den wichtigsten Halbleiterherstellungsprozessen gehören der Herstellungsprozess der Fotomaske, die der Originalplatte für den Druck entspricht, der Herstellungsprozess des Wafers, der die Grundlage für Halbleiter bildet, der Front-End-Prozess, bei dem mithilfe von Fotomasken feine Schaltkreisstrukturen auf dem Wafer gebildet werden, und der Back-End-Prozess, bei dem die einzelnen Halbleiterchips nach der Schaltkreisbildung verpackt werden. Im Einzelnen handelt es sich um Hunderte von Prozessen.

In den letzten Jahren hat die Halbleiter-Mikrofabrikationstechnologie den Bereich von einigen Nanometern erreicht (etwa 1/10 000stel der Dicke eines menschlichen Haares). Gleichzeitig ist der Durchmesser der Wafer größer geworden und mehrere tausend Halbleiterchips mit Milliarden von Transistoren auf einem einzigen Wafer hergestellt werden können.

In der Halbleiterfertigung, die sich durch eine so hohe Produktivität auszeichnet, sind Prüfgeräte äußerst wichtig, um fehlerhafte Produkte frühzeitig auszusortieren, Kosten zu senken und die Qualität und Zuverlässigkeit zu verbessern. Die Kriterien für die Auswahl von Halbleiterprüfgeräten sollten den Durchmesser des Wafers, das verwendete Verfahren und die Art des zu erkennenden Fehlers berücksichtigen.

Einsatzmöglichkeiten von Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung werden in verschiedenen Phasen des Halbleiterherstellungsprozesses eingesetzt.

Zu den Defekten, die mit Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung erkannt werden, gehören Verformungen, Risse und Kratzer auf Fotomasken und Wafern, das Anhaften von Fremdkörpern, die Fehlausrichtung von Schaltkreisen, die im Front-End-Prozess entstehen, Dimensionsfehler, Verpackungsfehler im Back-End-Prozess und viele andere Fälle.

Aus diesem Grund müssen für jeden Prozess die geeigneten Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung und die entsprechende Software ausgewählt werden, und die Automatisierung wird durch den Einsatz von KI und anderen Techniken vorangetrieben, um die Inspektionen zu beschleunigen und den Personalaufwand zu verringern.

Funktionsweise der Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung bestehen aus einem Messgerät, einer Software zur Verarbeitung der Messdaten und einer Ausrüstung zur Durchführung der entsprechenden Messungen.

Als Messgeräte werden hochauflösende Kameras, Elektronenmikroskope und Lasermessgeräte eingesetzt. Die Software zur Verarbeitung der Messdaten verfügt über Algorithmen, die für die zu untersuchenden Prozesse entwickelt wurden. Für eine ordnungsgemäße Messung sind außerdem Geräte zur Unterdrückung von Vibrationen und zur Beleuchtung der Geräte erforderlich. Im Folgenden werden die Technologien zur Bildaufnahme, Bildverarbeitung und Fehlerklassifizierung beschrieben, die den Kern der Halbleiterprüfgeräte bilden.

• Bildgebende Technologie
  Die Bildverarbeitungstechnologie misst Defekte, indem ein Laserstrahl auf den Wafer gestrahlt wird und das gestreute Licht erfasst wird. Durch die Beleuchtung kleinster Unregelmäßigkeiten können Fremdkörper und Beschädigungen erkannt werden.
• Bildverarbeitungstechnologie
  Die Bildverarbeitungstechnologie macht sich die Tatsache zunutze, dass das auf allen Chips auf einem Wafer gebildete Muster gleich ist, und erkennt Fehler durch den Vergleich benachbarter Muster. Sie ist in der Lage, mit hoher Geschwindigkeit und in einem großen Bereich zu arbeiten.
• Technologie zur Fehlerklassifizierung
  Bei der Fehlerklassifizierungstechnologie handelt es sich um eine Technologie, die nach der Erkennung eines Fehlers diesen klassifiziert und die Ursache herausfindet. Diese Technologie ist notwendig, um die Ursachen von Defekten zu identifizieren und zu beseitigen.

Arten der visuellen Halbleiterprüfung

1. Visuelle Inspektion in der Waferherstellung und im Front-End-Prozess

Wafer werden aus Rohstoffen für Halbleiter wie Silizium hergestellt, die als zylindrische, einkristalline Materialien, so genannte Ingots, geformt, auf eine Dicke von etwa 1 mm geschnitten und an der Oberfläche poliert werden, wobei sie heutzutage einen Durchmesser von 12 Zoll (ca. 30 cm) haben.

Zu den Defekten in Wafern gehören nicht nur anhaftende Fremdkörper, sondern auch Oberflächenfehler und Risse auf dem Wafer selbst, ungleichmäßige Bearbeitung und Kristalldefekte usw. Bei der visuellen Inspektion im Waferherstellungsprozess werden diese Defekte hauptsächlich durch Laserlichtbestrahlung erkannt.

Der Front-End-Prozess läuft im Waferzustand ab, und es gibt zwei Haupttypen von Defekten, die dort auftreten können, die als zufällige und systematische Defekte bezeichnet werden. Zufällige Defekte werden hauptsächlich durch Fremdpartikel verursacht, aber da sie zufällig sind, ist ihre Position nicht vorhersehbar. Zufällige Defekte auf Wafern werden daher durch Bildverarbeitung erkannt. Systematische Defekte hingegen sind Defekte, die durch an der Fotomaske haftende Partikel oder durch die Bedingungen des Belichtungsprozesses, z. B. auf der Fotomaske, verursacht werden und tendenziell auf jedem Halbleiterchip auf dem Wafer an der gleichen Stelle auftreten.

2. Visuelle Inspektion im Back-End-Prozess

Im Back-End-Prozess wird der Wafer in einzelne Chips zerschnitten (Dicing), in ein Harz- oder Keramikgehäuse eingesetzt und die Anschlüsse des Chips mit denen des Gehäuses verbunden (Wire Bonding) und versiegelt. Der letzte Teil des Prozesses ist hauptsächlich eine elektrische Prüfung, umfasst aber auch visuelle Prüfungen auf Fehler beim Drahtbonden, Fehler beim Aufdruck der Teilenummern usw.

Weitere Informationen zur visuellen Inspektion von Halbleitern

1. Bedeutung der visuellen Inspektion von Halbleitern

Im Allgemeinen zielen visuelle Inspektionen im Herstellungsprozess oft auf die Überprüfung von Schmutz, Kratzern usw. ab und haben in einigen Fällen nichts mit der Funktionalität oder Leistung des Produkts zu tun. Schmutz und Kratzer in der Halbleiterherstellung sind jedoch nicht nur scheinbare Probleme, sondern beeinträchtigen in fast allen Fällen die Funktionalität und Leistung des Produkts.

Halbleiter sind elektronische Geräte, und wie bei anderen elektrischen und elektronischen Geräten werden elektrische Prüfungen durchgeführt. Allerdings ist es äußerst schwierig, alle Milliarden von Transistoren und die Verdrahtung, die sie verbindet, zu prüfen, und nur visuelle Prüfungen können Dinge wie Transistor-Gates und Verdrahtungsdetails bestätigen.

2. Genauigkeit bei der visuellen Inspektion von Halbleitern

Bei Halbleiterprozessen auf Nanoebene betragen die Dicke eines einzelnen Drahtes und der Abstand zwischen benachbarten Drähten mehrere Nanometer.

Wenn hier Defekte im Nanobereich vorhanden sind, können sie Kurzschlüsse und Drahtbrüche verursachen. Und selbst wenn die Breite der Verdrahtung aufgrund eines Defekts von 1/10 der Größe 90 % des vorgesehenen Werts beträgt, ändern sich der Widerstand und die Kapazität der Verdrahtung. Wenn ein elektrischer Strom durch diese Verdrahtung fließt, tritt ein Phänomen auf, das Elektromigration genannt wird und bei dem sich Metallatome aufgrund der Bewegung von Elektronen bewegen, was dazu führt, dass die Verdrahtung schnell dünner wird und es in kurzer Zeit zu Unterbrechungen kommt.

Die Halbleiterherstellung erfordert daher visuelle Inspektionen mit extrem hoher Präzision, und mit der Weiterentwicklung der Mikrofabrikationstechnologie wird die erforderliche Präzision in Zukunft weiter zunehmen.