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半導(dǎo)體廠對(duì)工藝技術(shù)的要求日益增長(zhǎng)

發(fā)布時(shí)間：2021-01-13

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1. 背景
       半導(dǎo)體廠對(duì)半導(dǎo)體工藝技術(shù)的要求會(huì)持續(xù)地增長(zhǎng)。無(wú)論是診斷，鑒定還是預(yù)防性維護(hù)，晶圓廠的設(shè)備工程師都需要調(diào)整所使用的工具。但是，在晶圓廠環(huán)境中，要獲得確定所需調(diào)整的測(cè)量值存在一些難題。傳統(tǒng)方法可能很麻煩，不具有貸表性，并且不能實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)。當(dāng)工具離線(xiàn)執(zhí)行這些任務(wù)時(shí)，它們還可能危害生產(chǎn)環(huán)境并導(dǎo)致代價(jià)高昂的停機(jī)時(shí)間。另外，手持式傳感器無(wú)法進(jìn)入許多區(qū)域，而原位傳感器可能是不切實(shí)際的。
       為了提高良率并延長(zhǎng)工具的正常運(yùn)行時(shí)間，在晶圓廠的前端，越來(lái)越需要使用無(wú)線(xiàn)傳感器（圖1）來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，例如室間隙，晶圓交接教導(dǎo)，調(diào)平，振動(dòng)，空氣中的微粒和相對(duì)濕度（RH） ）。

晶圓水平和振動(dòng)控制.jpeg

圖1  晶圓水平和振動(dòng)控制

       薄的，晶片狀或標(biāo)線(xiàn)片狀的傳感器可以行進(jìn)到晶片或標(biāo)線(xiàn)片行進(jìn)的任何地方。實(shí)時(shí)收集和顯示數(shù)據(jù)可加快設(shè)備調(diào)整和設(shè)置速度。工程師可以客觀，可重復(fù)地進(jìn)行正確的調(diào)整，以提高過(guò)程的一致性。在晶圓廠各個(gè)區(qū)域訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以加快設(shè)備優(yōu)化，穩(wěn)定和標(biāo)準(zhǔn)化。全球各地的晶圓廠繼續(xù)迅速采用并依賴(lài)WaferSense和ReticleSense的測(cè)量傳感器，這些傳感器被記錄為蕞佳已知方法（BKM）。這些傳感器節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)提高了產(chǎn)量和產(chǎn)量。
       在SEMICON West期間，推出采用化學(xué)硬化玻璃（CHG）的3.5mm薄型自動(dòng)水平和振動(dòng)傳感器（AVLS3），以平滑處理晶片并改善真空吸盤(pán)。它具有更遠(yuǎn)的無(wú)線(xiàn)功能，并包括測(cè)量軟件，該軟件可同時(shí)測(cè)量和審查這兩個(gè)應(yīng)用程序。
混合SMT和半導(dǎo)體市場(chǎng)中的檢測(cè)
       行業(yè)內(nèi)的公司正在通過(guò)新技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)入融合的SMT和半導(dǎo)體市場(chǎng)。例如，3D多反射億制（MRS）傳感器在這個(gè)市場(chǎng)上獲得了巨大的吸引力。支持MRS的傳感器和系統(tǒng)在2018年的收入同比增長(zhǎng)47％。這兩個(gè)市場(chǎng)存在重疊，因此越來(lái)越需要100％的2D和3D檢查和測(cè)量來(lái)識(shí)別關(guān)鍵缺陷并測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)?？蛻?hù)不瑾需要檢查和通過(guò)/失敗報(bào)告。他們希望XYZ測(cè)量能夠確定測(cè)量不正確對(duì)過(guò)程意味著什么。他們正在考慮將什么反饋給他們的過(guò)程，以及如何更好地控制過(guò)程。
       客戶(hù)想要高速，準(zhǔn)確和高分辨率。他們需要將這些屬性的蕞佳組合用于他們的應(yīng)用程序。例如，3D MRS傳感器技術(shù)對(duì)此組合具有很高的作用，它優(yōu)于任何其他3D常規(guī)技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是復(fù)雜的算法，可減輕基于反射的測(cè)量失真，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量級(jí)的圖像質(zhì)量。這對(duì)于有光澤的表面和復(fù)雜的應(yīng)用特別重要。用于AOI，SPI和坐標(biāo)測(cè)量（CMM）的具有3D MRS功能的多功能系統(tǒng)繼續(xù)在SMT市場(chǎng)中迅速采用，特別是在膏端和挑戰(zhàn)性應(yīng)用中。結(jié)合超高分辨率MRS傳感器，它也可用于半導(dǎo)體應(yīng)用。這種多功能的過(guò)程控制解決方案在市場(chǎng)上是維一的，因?yàn)橥幌到y(tǒng)可以識(shí)別關(guān)鍵缺陷并測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)。
2. 進(jìn)入中端/高級(jí)包裝市場(chǎng)
       憑借SMT和后端應(yīng)用程序的優(yōu)勢(shì)，業(yè)內(nèi)正在積極進(jìn)入中端領(lǐng)域。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，中端位于特征小于10 μm的前端和后端通常大于100 μm的后端之間。中端和高級(jí)包裝市場(chǎng)正在迅速增長(zhǎng)。在這個(gè)市場(chǎng)中，有倒裝芯片（FC），扇入（FI），扇出（FO），嵌入式管芯（ED）和TSV，它們都已經(jīng)成熟，可以進(jìn)行高精度的100％檢查。堆疊的裸片，引線(xiàn)鍵合，Cu柱，C4焊球和凸塊是其中的關(guān)鍵應(yīng)用（圖2）。隨著所有復(fù)雜性，包裝品種的不斷發(fā)展和進(jìn)步，產(chǎn)量挑戰(zhàn)不斷增加，有效識(shí)別和控制缺陷的需求日益增長(zhǎng)。
高精度光學(xué)傳感器可有效用于焊球凸塊和銅柱的檢查和測(cè)量.jpeg
圖2  高精度光學(xué)傳感器可有效用于中端/高級(jí)包裝，焊球凸塊和銅柱的檢查和測(cè)量
       對(duì)于倒裝芯片IC，F(xiàn)PGA，CPU等高性能IC，客戶(hù)需要100％檢查以確保質(zhì)量。對(duì)于高級(jí)封裝，經(jīng)常使用多個(gè)凸起的芯片，如果任何凸起失效，則整個(gè)封裝都會(huì)失效。
       當(dāng)前，行業(yè)要求對(duì)100％進(jìn)行檢查的高精度，高分辨率和更高速度。當(dāng)前的3D檢查技術(shù)對(duì)于100％檢查來(lái)說(shuō)太慢了，因此需要抽樣檢查。另外，掃描兩次，一次掃描2D，一次掃描3D，非常耗時(shí)。例如，用于晶片凸塊計(jì)量的當(dāng)前檢查方法涉及3D凸塊高度和凸塊共面性測(cè)量以及凸塊直徑的單獨(dú)掃描并測(cè)量凸塊相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)位置的位置。另外，增加體積會(huì)增加對(duì)高速的需求。
3. 傳感器技術(shù)
       傳感器技術(shù)可以提供許多好處，包括準(zhǔn)確性，分辨率和速度。例如，超高分辨率三微米3D傳感器專(zhuān)為中端檢測(cè)區(qū)域而設(shè)計(jì)，可提供亞微米級(jí)的精度，而業(yè)界對(duì)于小至25 μm的功能也需要這種精度。MRS傳感器技術(shù)于2015年手次推出時(shí)，其像素?cái)?shù)為18 μm。但是，在過(guò)去的四年中，它已經(jīng)發(fā)展了六倍。
       此外，傳感器現(xiàn)在可以處理類(lèi)似鏡子的表面。該傳感器在保留拒絕雜散多次反射的能力的同時(shí)，可以捕獲和分析來(lái)自焊球，凸塊和支柱的光亮表面的鏡面反射，從而能夠?qū)@些關(guān)鍵封裝特征進(jìn)行精確檢查和3D計(jì)量。它比市場(chǎng)上的替代解決方案快兩到三倍。憑借每秒超過(guò)7千5百萬(wàn)個(gè)3D點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理速度，它每小時(shí)可提供超過(guò)25個(gè)晶圓（300毫米）的吞吐量。與目前對(duì)25個(gè)晶片中的少數(shù)晶片進(jìn)行采樣的做法相比，對(duì)于微凸點(diǎn)或柱狀凸點(diǎn)測(cè)量，可以高速完成100％的2D和3D檢測(cè)。
4. 持續(xù)的研發(fā)投入
       為了在半導(dǎo)體市場(chǎng)上保持競(jìng)爭(zhēng)力，公司必須繼續(xù)在研發(fā)上投入大量資金。業(yè)內(nèi)計(jì)劃在像素大小方面推進(jìn)MRS傳感器技術(shù)，并推進(jìn)專(zhuān)有的MRS算法，這將繼續(xù)發(fā)展并增強(qiáng)其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。  

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