Qu’est-ce qu’un équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs ?
L’équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs est un équipement qui inspecte visuellement les plaquettes et les puces semi-conductrices pour détecter les défauts au cours du processus de fabrication des semi-conducteurs.
Les principaux processus de fabrication des semi-conducteurs comprennent le masque photographique, qui équivaut à la plaque originale pour l’impression, le processus de fabrication de la plaquette, qui est la base des semi-conducteurs, le processus frontal de formation de structures de circuit fines sur la plaquette à l’aide de masques photographiques ainsi que le processus final d’emballage des puces semi-conductrices individuelles après la formation du circuit. Dans le détail, il existe des centaines de processus.
Ces dernières années, la technologie de microfabrication des semi-conducteurs a atteint plusieurs nanomètres (environ 1/10 000e de l’épaisseur d’un cheveu humain), tandis que le diamètre des plaquettes s’est élargi et qu’il est désormais possible de produire plusieurs milliers de puces semi-conductrices avec des milliards de transistors à partir d’une seule plaquette.
Les équipements d’inspection sont extrêmement importants dans les processus de fabrication de semi-conducteurs qui se targuent d’une telle productivité, ce qui permet de rejeter rapidement les produits défectueux, de réduire les coûts et d’améliorer la qualité et la fiabilité. Les critères de sélection du matériel d’inspection visuelle des semi-conducteurs doivent tenir compte du diamètre de la plaquette, du processus utilisé et du type de défaut à détecter.
Utilisations de l’équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs
Le matériel d’inspection visuelle des semi-conducteurs est utilisé dans différentes phases du processus de fabrication des semi-conducteurs.
Les défauts détectés à l’aide de l’équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs comprennent la distorsion, les fissures et les rayures sur les photomasques et les plaquettes, l’adhésion de matières étrangères, le désalignement des modèles de circuits formés dans le processus frontal, les défauts dimensionnels, les défauts d’emballage dans le processus final, et bien d’autres cas encore.
C’est pourquoi il est nécessaire de sélectionner l’équipement et le logiciel d’inspection visuelle des semi-conducteurs appropriés pour chaque processus, et l’automatisation est encouragée à l’aide de l’intelligence artificielle et d’autres technologies afin d’accélérer et de réduire la main-d’œuvre nécessaire aux inspections.
Principe de l’équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs
L’équipement d’inspection visuelle des semi-conducteurs se compose d’un dispositif de mesure, d’un logiciel de traitement des données mesurées et d’un équipement permettant d’effectuer les mesures appropriées.
Les appareils de mesure utilisés sont des caméras à haute résolution, des microscopes électroniques et des instruments de mesure laser. Le logiciel de traitement des données mesurées dispose d’algorithmes développés pour les processus à inspecter. Un équipement permettant de supprimer les vibrations et d’éclairer l’équipement est également nécessaire pour effectuer des mesures correctes. Les technologies d’imagerie, de traitement de l’image et de classification des défauts, qui sont au cœur des équipements d’inspection visuelle des semi-conducteurs, sont décrites ci-dessous.
- Technologie d’imagerie
La technologie d’imagerie mesure les défauts en irradiant un faisceau laser sur la plaquette et en détectant la lumière diffusée. En éclairant de minuscules irrégularités, il est possible de détecter les corps étrangers et les dommages. - Technologie de traitement de l’image
La technologie de traitement d’images utilise le fait que les motifs formés sur toutes les puces d’une plaquette sont identiques et détecte les défauts en comparant les motifs voisins. Elle est capable de traiter un large éventail de zones à grande vitesse. - Technologie de classification des défauts
La technologie de classification des défauts est une technologie qui, après avoir détecté un défaut, le classe et en extrait la cause. Cette technologie est nécessaire pour identifier et traiter les causes des défauts.
Types d’équipements d’inspection visuelle des semi-conducteurs
1. Inspection visuelle dans le processus de fabrication des wafers et dans le processus frontal
Les wafers sont fabriqués à partir de matières premières pour semi-conducteurs telles que le silicium, qui se présente sous la forme de matériaux monocristallins cylindriques appelés lingots, tranchés à une épaisseur d’environ 1 mm et polis sur la surface, dont le diamètre est récemment de 12 pouces (environ 30 cm).
Les défauts des plaquettes comprennent non seulement les matières étrangères adhérentes, mais aussi les défauts de surface et les fissures sur la plaquette elle-même, un traitement inégal et des défauts cristallins, etc. L’inspection visuelle dans le processus de fabrication des plaquettes détecte principalement ces défauts par irradiation laser.
Le processus frontal se déroule dans l’état de la plaquette et il existe deux types principaux de défauts qui peuvent se produire, appelés aléatoires et systématiques. Les défauts aléatoires sont principalement causés par des particules étrangères, mais comme ils sont aléatoires, leur emplacement est imprévisible. Les défauts aléatoires sur les tranches sont donc détectés par traitement d’image. Les défauts systématiques, quant à eux, sont des défauts causés par des particules adhérant au masque photographique ou aux conditions du processus d’exposition, par exemple sur le masque photographique, et ont tendance à se produire au même endroit sur chaque puce semi-conductrice de la tranche de silicium.
2. Inspection visuelle dans le processus final
Dans le processus final, la plaquette est découpée en puces individuelles (dicing), placée dans un boîtier en résine ou en céramique, et les bornes de la puce sont connectées à celles du boîtier (wire bonding) et scellées. Cette dernière partie du processus consiste principalement en une inspection électrique, mais comprend également des inspections visuelles visant à détecter les défauts de câblage, les défauts d’impression du numéro de pièce, etc.
Autres informations sur l’inspection visuelle des semi-conducteurs
1. Importance de l’inspection visuelle des semi-conducteurs
En général, les inspections visuelles dans le processus de fabrication visent souvent à vérifier la présence de saletés, de rayures, etc., et dans certains cas n’ont rien à voir avec la fonctionnalité ou les performances du produit, mais les saletés et les rayures dans la fabrication des semi-conducteurs ne sont pas simplement des problèmes apparents, mais affectent dans presque tous les cas la fonctionnalité et les performances du produit.
Les semi-conducteurs sont des appareils électroniques et, comme pour les autres appareils électriques et électroniques, des contrôles électriques sont effectués, mais il est extrêmement difficile d’inspecter tous les milliards de transistors et le câblage qui les relie, et seuls les contrôles visuels peuvent confirmer des éléments tels que les portes des transistors et la finesse du câblage.
2. Précision de l’inspection visuelle des semi-conducteurs
Dans les processus de fabrication des semi-conducteurs au niveau nanométrique, l’épaisseur d’un seul fil et l’espacement entre les fils adjacents sont de plusieurs nanomètres.
Si des défauts d’ordre nanométrique existent à cet endroit, ils peuvent provoquer des courts-circuits et des ruptures de fils. De plus, même si la largeur du câblage devient 90 % de la valeur prévue en raison d’un défaut d’un dixième de sa taille, la résistance et la capacité du câblage changent. Lorsqu’un courant électrique circule dans ce câblage, un phénomène connu sous le nom d’électromigration, dans lequel les atomes de métal se déplacent en raison du mouvement des électrons, se produit, amincissant rapidement le câblage et provoquant des déconnexions dans un court laps de temps.
Comme décrit ci-dessus, la fabrication de semi-conducteurs nécessite des inspections visuelles d’une extrême précision et, avec l’évolution de la technologie de microfabrication, les exigences en matière de précision continueront à augmenter.