Новейшая технология SWIR для проверки полупроводниковых пластин

Интегральные схемы на основе полупроводниковых платформ лежат в основе большей части наших нынешних технологий: от электронных устройств и датчиков до солнечных панелей.

Спрос на такие платформы постоянно растет: консалтинговая фирма McKinsey ожидает, что к 2030 году стоимость полупроводниковой отрасли превысит 1 триллион долларов, по сравнению с примерно 600 миллиардами долларов в 2021 году.

По оценкам, около 70% этого роста будет обеспечено приложениями в электромобилях, хранилищах данных и беспроводной связи.

Потребность в высокопроизводительных и надежных производственных процессах привела к необходимости создания отличных технологий контроля полупроводниковых пластин. Проверка пластин включает визуализацию полупроводниковых чипов на протяжении всего процесса изготовления для выявления дефектов.

Но процесс проверки является дорогостоящим и трудоемким: при производстве одного чипа задействованы сотни этапов — процесс, который может занять до двух месяцев. Растущая потребность в решении таких проблем привела к тому, что сама индустрия контроля полупроводников стала значимой – в настоящее время она оценивается в 5 миллиардов долларов США и, как ожидается, вырастет до 8,9 миллиардов долларов к 2031 году, по данным Allied Market Research2.

Производители постоянно ищут более быстрые решения для визуализации с более высоким разрешением для проверки стружки, чтобы повысить скорость производства. Поэтому разрабатываются новейшие камеры и проводятся исследования голубого неба с целью повышения производительности и эффективности в одной из наиболее важных отраслей промышленности мира.

Большинство полупроводниковых приборов изготавливаются из кремниевых пластин. Кремний в значительной степени непрозрачен для видимого света, но его пропускание для света в коротковолновом инфракрасном (SWIR) спектре намного выше, что делает его прозрачным на длинах волн более 1050 нм. В результате многие технологии камер, используемые для проверки стружки, основаны на датчиках SWIR. В большинстве этих систем используются датчики из арсенида индия-галлия (InGaAs) с диапазоном чувствительности от 900 до 1700 нм. Освещая кремниевые полупроводниковые чипы SWIR-светом, эти камеры могут обнаруживать мельчайшие детали, такие как микротрещины или частицы загрязнений.

«Чтобы увидеть мелкие особенности и неисправности, необходимо хорошее соотношение сигнал/шум. Для этого вам нужна высокочувствительная камера», — говорит Марк Ларив, менеджер по стратегическому маркетингу компании Xenics, разработчика датчиков и камер для контроля полупроводниковых пластин при производстве чипов.

Камеры Xenics стремятся достичь жизненно важного компромисса между высокой чувствительностью, необходимой для SWIR-детекторов при проверке полупроводников, и разрешением пикселей. Хотя чувствительность камеры прямо пропорциональна размеру пикселя, переход к меньшему размеру пикселя не всегда является лучшим решением.

Камеры Atlas и Triton SWIR от Lucid Vision Lab

«В камерах видимого диапазона цель состоит в том, чтобы получить минимально возможный размер пикселя, поскольку можно получить высокое разрешение», — говорит Ларив. «Но в SWIR это не так, потому что у вас мало естественного света. Вам нужны крошечные дефекты, поэтому небольшой бюджет является проблемой. В Xenics мы нашли очень хороший компромисс с размером пикселя 20 микрон — с его помощью можно обнаружить очень мелкие предметы и небольшие неисправности».

SWIR-камеры, предлагаемые Xenics, представляют собой серию Wildcat+ 640, в которой используются матрицы фотодиодов InGaAs собственного производства, диаметр пикселей 20 микрон и скорость полного кадра до 300 Гц. Ларив говорит, что Wildcat+ 640 предлагает самую высокую «нормализованную чувствительность» (меру поверхности пикселя по сравнению с шумом детектора), доступную на рынке, с высоким динамическим диапазоном. Он также оснащен стандартным промышленным интерфейсом и возможностями запуска — функциями, которые неоценимы для клиентов-производителей. Xenics утверждает, что нормализованная чувствительность примерно на 20 % выше, чем у большинства конкурентов на рынке, использующих пиксели меньшего размера.

Хотя разрешение и скорость являются важными показателями, Xenics подчеркивает, что простота интеграции и совместимость с существующей производственной инфраструктурой также очень важны. «Это не ракетостроение», — говорит Ларив. «Но для производителей очень важно, чтобы им не приходилось тратить годы на переработку технологии. Это должно быть что-то готовое к использованию».