L’inspection des wafers est un processus essentiel dans l’industrie des semi-conducteurs, impliquant la détection de défauts sur un wafer. En termes simples, un wafer est une fine tranche d’un matériau semi-conducteur, comme du silicium, utilisée pour créer des circuits intégrés (également appelés « puces ») où sont montés des circuits électriques.
Les puces de semi-conducteurs sont des composants essentiels d’appareils électroniques comme les voitures, les ordinateurs portables, les appareils électroménagers et les smartphones. Les wafers sont donc produits rapidement et en grand nombre. Pour pouvoir répondre à la demande, il faut que l’inspection des wafers soit rapide, précise et reproductible.
Dans ces conditions, comment les fabricants peuvent-ils améliorer le contrôle qualité des opérations d’inspection des wafers ?
Une façon simple d’optimiser votre processus d’inspection des wafers consiste à choisir la bonne combinaison d’équipements. L’association d’un microscope dédié à l’inspection des wafers de semi-conducteurs avec un logiciel intuitif d’analyse métrologique des images vous permettra de simplifier votre flux opérationnel et de gagner du temps. Cet article explique comment optimiser la configuration et le flux opérationnel de votre microscope pour l’inspection des wafers et l’analyse des défauts.
Conseils pour sélectionner l’équipement et le logiciel de microscopie pour l’inspection des wafers
La fabrication de wafers est un processus complexe. Elle passe par la création de circuits, l’oxydation des wafers, l’application d’un revêtement photorésistant, l’impression des motifs, la gravure, la diffusion des impuretés et le lissage des surfaces. Des défauts peuvent s’introduire dans les produits résultant de n’importe laquelle de ces étapes. Parmi les défauts courants, on peut citer des irrégularités de revêtement, des impuretés et des circuits cassés.
Des défauts sur les wafers peuvent empêcher le bon fonctionnement du circuit électrique. L’inspection des wafers est donc une étape essentielle pour garantir la qualité du produit dans le processus de fabrication. Comme les défauts sont à l’échelle du micromètre, des microscopes optiques sont souvent utilisés pour l’inspection non destructive des wafers. Vous devez être en mesure de visualiser clairement la surface de l’échantillon avec diverses méthodes d’observation et divers objectifs, ainsi que de créer facilement des rapports présentant les résultats pour une analyse plus approfondie ou pour référence ultérieure.
Les microscopes équipés de platines motorisées et d’un logiciel de navigation sur la surface de l’échantillon de wafer permettent d’effectuer ce travail aussi rapidement que possible. Optez pour des microscopes optiques qui offrent une technologie de mesure d’image rapide en combinant un matériel de pointe et un logiciel d’analyse.
Le matériel que vous allez choisir va dépendre des utilisations envisagées. Il existe des microscopes dédiés à l’inspection des wafers de semi-conducteurs qui prennent en charge les wafers de 4, 8 et 12 pouces. Par exemple, notre microscope MX63L est équipé d’une grande platine pour accueillir des wafers jusqu’à 12 pouces.
Figure 1. Microscope MX63L pour l’inspection des wafers
Les microscopes d’inspection de wafers peuvent être couplés à différentes caméras numériques haute résolution et caméras infrarouges (IR). Associés à un logiciel de métrologie moderne, les microscopes d’inspection de wafers peuvent :
- Acquérir des images haute résolution de wafers à l’échelle sub-micrométrique à différents emplacements
- Effectuer des mesures
- Fournir des jugements OK/NOK
- Enregistrer toutes les données
Certains systèmes offrent même une précision et une répétabilité de mesure garanties pour vous assurer des résultats fiables.
Effectuez une inspection efficace des wafers à l’aide de protocoles opérationnels prédéfinis
L’automatisation est une autre fonctionnalité importante pour profiter d’une configuration optimale de votre équipement pour l’inspection des wafers. Comme les inspections métrologiques sont généralement effectuées au niveau de plusieurs positions connues sur un wafer, l’automatisation de ce processus améliore considérablement l’efficacité des inspections. Néanmoins, l’un des aspects les plus chronophages de la configuration de l’automatisation reste la programmation du logiciel pour qu’il effectue des inspections répétées.
Au moment de choisir un logiciel de métrologie, optez pour un logiciel qui propose des flux opérationnels prédéfinis. Cette fonction vous permet de configurer rapidement et facilement une inspection automatisée. De même, assurez-vous que le matériel que vous choisissez est capable de localiser les positions d’inspection rapidement et précisément. Par exemple, cette configuration optimisée peut être obtenue en combinant notre microscope MX63L avec le logiciel d’analyse d’image et de mesure PRECiV™.
Types d’inspections automatisées de wafers
Les inspections automatisées des wafers peuvent être configurées de différentes manières selon les informations disponibles. Voici deux options possibles :
1. Inspection avec une disposition connue des wafers
Comme les wafers sont préconçus, les fabricants disposent normalement d’un fichier de disposition cartographique correspondant décrivant les structures 2D sur différentes puces. Dans les fichiers CAO, il est même possible d’enregistrer les informations de hauteur Z de chaque point pour une disposition des structures en 3D. Ce fichier de disposition peut être utilisé pour créer la carte de navigation sur les wafers si vous utilisez un logiciel de métrologie capable de lire de tels fichiers. Pour ce faire, ouvrez le fichier de conception du wafer dans le logiciel de CAO et définissez les points d’intérêt sur la puce. Enregistrez ces informations, puis transférez-les vers votre logiciel de métrologie.
De nombreux logiciels de métrologie modernes peuvent lire des fichiers CAO (par exemple, des fichiers DXF) et transférer les points programmés par l’utilisateur, comme illustré à la figure 2a ci-dessous. Dans cet exemple, les lignes vertes représentent la configuration du circuit sur le wafer. Les repères de wafer (exagérés : ×, + et o) sont utilisés pour aligner le wafer (sur certains wafers, une seule paire de repères est disponible, ou les marqueurs sont dans l’ordre inverse). Notez qu’un troisième point de référence optionnel sur le wafer vous permet d’effectuer une correction de l’inclinaison.
(a)
(b)
Figure 2. (a) Exemple de dessin CAO d’un wafer et
(b) images acquises à l’aide d’un microscope MX™ et du logiciel PRECiV aux emplacements définis dans l’image (a).
Les utilisateurs doivent confirmer l’emplacement des deux ou trois points et leur mise au point dans le logiciel chaque fois qu’ils installent un nouveau wafer. Après cela, le logiciel pilote la platine motorisée pour se déplacer vers tous les points de mesure prédéfinis (points rouges sur la figure 2a) afin d’acquérir des images nettes ou d’effectuer une analyse en temps réel. La figure 2b montre des images individuelles acquises par le microscope et le logiciel. Elles semblent quasiment identiques, puisque les points d’intérêt sont aux mêmes emplacements, mais sur des puces différentes.
Les utilisateurs peuvent facilement modifier les positions dans le fichier de définition d’origine et transférer le fichier mis à jour vers le logiciel de métrologie pour modifier le processus d’imagerie. Optez pour un fournisseur de logiciel de métrologie qui travaillera en étroite collaboration avec vous pour vous aider à ajuster et à examiner tous les fichiers CAO, afin que le logiciel corresponde à votre processus d’inspection spécifique.
2. Inspection des wafers avec positionnement basé sur des lignes et des colonnes
Pour les utilisateurs qui ne disposent pas d’un dessin CAO de la disposition du wafer, certains programmes d’analyse d’images offrent un flux opérationnel de mesure multiposition et répétitif. Un bon exemple : la fonctionnalité personnalisée Navigate on Wafer (Navigation sur le wafer) du logiciel PRECiV. Cette fonctionnalité définit la disposition du wafer et se déplace en différents points à la surface du wafer pour l’acquisition d’images. La figure 3 montre un exemple de spécification de plusieurs régions d’échantillonnage.
Tout d’abord, la disposition du wafer (décalage de la puce en x et y) ainsi que l’alignement peuvent être définis par trois positions de puce données. Les utilisateurs doivent indiquer les structures répétitives (points bleus sur la figure 3) sur différentes puces, comme (3,3), (3,8) et (7,8).
Figure 3. Schéma d’un échantillon de wafer. La définition de la disposition du wafer repose sur des lignes et des colonnes à l’aide de trois puces (points bleus). Les points d’intérêt définis sont les points rouges (à gauche). Des exemples d’images (à droite) sont affichés sur les points d’intérêt.
Les coordonnées exactes de chaque puce seront définies en fonction de ce système de coordonnées. Ensuite, les utilisateurs doivent définir une liste de puces et des points d’intérêt (POI) par puce. Cela nécessite de déterminer des emplacements spécifiques sur la puce ainsi que les objectifs pour l’acquisition par point d’intérêt (10X, 20X, 50X, etc.) et de choisir d’appliquer la mise au point automatique à chaque emplacement. Les paramètres sont accessibles pour tous les mouvements automatiques suivants vers différentes positions de puce.
Pour découvrir la fonctionnalité Navigate on Wafer, visionnez la vidéo ci-dessous :
Analyse des défauts sur des wafers vierges
Le contrôle de la présence d’impuretés sur des wafers vierges est un autre type d’inspection important. Cette analyse peut s’avérer difficile, car le microscope doit acquérir un grand nombre d’images, que le logiciel doit ensuite traiter. Cette inspection bénéficie de fonctionnalités logicielles d’acquisition rapide d’images multiposition.
Pour détecter les particules, certains logiciels de métrologie permettent aux utilisateurs de définir un seuil de phase afin d’identifier les impuretés. D’autres restrictions relatives aux particules, telles que des limitations de forme et de taille, peuvent également être définies. L’analyse des phases, le comptage des particules et la distribution des tailles peuvent également être effectués simultanément avec la détection des impuretés. La figure 4 montre un exemple de logiciel de métrologie qui détecte les impuretés sur un échantillon contaminé, puis les affiche dans une feuille de calcul Excel.
Figure 4. Image instantanée d’un échantillon de wafer vierge faisant apparaître des impuretés dans le logiciel PRECiV.
Image réalisée avec un microscope MX et une caméra monochrome Evident.
Une autre raison pour laquelle l’inspection des wafers peut s’avérer lente est le nombre d’images à acquérir. Une acquisition puis un traitement individuels des images et leur enregistrement est un processus lent et inefficace. Chaque étape prend du temps, le stockage des images occupe beaucoup d’espace et une intervention humaine est nécessaire à chaque étape. En outre, dans certaines circonstances (par exemple, les mesures répétitives), les images ont toutes tendance à se ressembler. Puisque les utilisateurs ne s’intéressent qu’aux images qui contiennent des données pertinentes, il est rarement nécessaire de les enregistrer toutes.
Les logiciels de métrologie modernes peuvent combiner l’acquisition multi-alignement d’images avec le traitement d’images en temps réel (analyse de phases) pour la détection des impuretés sur l’image assemblée résultante. Un flux opérationnel-type comprend les étapes suivantes :
- Placer un échantillon de wafer
- Effectuer le processus d’acquisition puis d’assemblage des images
- Définir un seuil
- Cliquer sur le bouton Particle Detection (Détection de particules)
En outre, les utilisateurs peuvent définir certains critères de validation pour que le logiciel puisse identifier les particules à prendre en compte.
Figure 5. Détection de particules sur une image assemblée d’un échantillon de wafer (exagérément) contaminé (à gauche).
Une section agrandie de l’image avec un affichage sous forme de tableau des particules détectées est présentée à droite.
Le tableau de la figure 5 ci-dessus montre les résultats de la détection de particules en temps réel sur l’image assemblée. Si votre microscope est équipé d’une platine motorisée, cliquez sur une particule dans l’image ou cliquez sur les résultats dans le tableau pour amener la platine à l’emplacement de la particule sur l’échantillon, afin de pouvoir confirmer ce que le logiciel a détecté. Pour faciliter la recherche de grosses particules, chaque colonne de tableau peut faire l’objet d’un tri.
En tant qu’analyse alternative à une analyse classique basée sur des seuils, l’apprentissage profond permet d’accélérer la détection des particules sur les wafers tout en offrant une reproductibilité plus élevée et une analyse plus robuste. Pour en savoir plus sur la façon dont l’apprentissage profond facilite l’analyse d’images et la rend plus précise, consulter dans notre article : Le potentiel de l’analyse d’images fondée sur l’IA en métallographie et en analyse des matériaux.
L’inspection de wafers rendue aussi efficace que possible
Les fabricants de wafers de semi-conducteurs continuent d’explorer des moyens d’accélérer tous leurs processus, y compris le contrôle qualité. Cet article démontre qu’il est important de choisir la bonne combinaison de matériel de microscopie et de logiciel de métrologie pour rendre l’inspection des wafers aussi efficace que possible. Les fonctionnalités modernes, telles que l’imagerie multiposition simple d’utilisation, l’analyse en temps réel et l’apprentissage profond simplifient et accélèrent considérablement le processus d’inspection tout en assurant la répétabilité et l’exactitude des résultats. L’adaptation du logiciel d’analyse aux besoins spécifiques de mesures et de navigation à la surface des wafers peut simplifier encore davantage les inspections.
Si vous avez besoin d’aide pour optimiser votre microscope d’inspection des wafers et votre flux opérationnel, il vous suffit de contacter l’un de nos experts. Nous sommes là pour vous aider !
