La più recente tecnologia SWIR per l'ispezione dei wafer semiconduttori

I circuiti integrati basati su piattaforme di semiconduttori sono alla base di gran parte della nostra attuale tecnologia: dai dispositivi elettronici ai sensori fino ai pannelli solari.

La domanda per tali piattaforme è in continua crescita, con la società di consulenza McKinsey che prevede che l’industria dei semiconduttori varrà più di 1 trilione di dollari entro il 20301, rispetto ai circa 600 miliardi di dollari del 2021.

Si stima che circa il 70% di questa crescita sarà trainata da applicazioni nei veicoli elettrici, nell’archiviazione dei dati e nelle comunicazioni wireless.

La necessità di processi di produzione affidabili e ad alto rendimento ha spinto alla necessità di eccellenti tecnologie di ispezione dei wafer semiconduttori. L'ispezione dei wafer prevede l'imaging dei chip semiconduttori durante tutto il processo di fabbricazione per individuare i difetti.

Ma il processo di ispezione è costoso e richiede molto tempo, con centinaia di passaggi coinvolti nella produzione di un singolo chip – un processo che può richiedere fino a due mesi. La crescente necessità di affrontare tali problemi ha portato lo stesso settore dell’ispezione dei semiconduttori a diventare significativo, attualmente valutato a 5 miliardi di dollari e, secondo Allied Market Research2, una crescita prevista fino a 8,9 miliardi di dollari entro il 2031.

I produttori cercano continuamente soluzioni di imaging più veloci e ad alta risoluzione per l'ispezione dei chip per contribuire ad aumentare la velocità di fabbricazione. Si stanno quindi sviluppando fotocamere all'avanguardia e si stanno intraprendendo ricerche sui cieli blu nel tentativo di aumentare la resa e l'efficienza in una delle industrie più importanti del mondo.

La maggior parte dei dispositivi a semiconduttore sono costituiti da wafer di silicio. Il silicio è in gran parte opaco alla luce visibile, ma la sua trasmissività alla luce nello spettro infrarosso a onde corte (SWIR) è molto più elevata, rendendolo trasparente a lunghezze d'onda superiori a 1.050 nm. Di conseguenza, molte tecnologie di telecamere utilizzate per l’ispezione dei chip si basano su sensori SWIR. La maggior parte di questi sistemi utilizza sensori di arseniuro di indio e gallio (InGaAs) con un intervallo di sensibilità compreso tra 900 e 1.700 nm. Illuminando i chip semiconduttori di silicio con la luce SWIR, queste telecamere sono in grado di rilevare minuscole caratteristiche come micro-fessure o particelle contaminanti.

“Per vedere piccole caratteristiche e guasti è necessario un buon rapporto segnale-rumore. A tal fine, è necessaria una fotocamera altamente sensibile", afferma Marc Larive, Direttore marketing strategico di Xenics, uno sviluppatore di sensori e fotocamere per l'ispezione di wafer semiconduttori nella fabbricazione di chip.

Le telecamere di Xenics mirano a raggiungere il compromesso fondamentale tra l'elevata sensibilità richiesta per i rilevatori SWIR nell'ispezione dei semiconduttori e la risoluzione dei pixel. Sebbene la sensibilità di una fotocamera sia direttamente proporzionale alla dimensione dei pixel, passare a dimensioni dei pixel più piccole non è sempre la soluzione migliore.

Telecamere Atlas e Triton SWIR di Lucid Vision Lab

"Nelle telecamere visibili, l'obiettivo è ottenere la dimensione dei pixel più piccola possibile, perché è possibile ottenere risoluzioni elevate", afferma Larive. “Ma in SWIR non è così perché non c'è molta luce naturale. Stai cercando piccoli difetti, quindi il budget leggero è un problema. In Xenics abbiamo trovato un ottimo compromesso con una dimensione dei pixel di 20 micron: con essa puoi rilevare oggetti molto piccoli e piccoli guasti”.

Le telecamere SWIR offerte da Xenics sono la serie Wildcat+ 640, che utilizza array di rilevatori di fotodiodi InGaAs realizzati internamente, diametri di pixel di 20 micron e offrono velocità fino a 300 Hz full frame. Larive afferma che Wildcat+ 640 offre la più alta “sensibilità normalizzata” (una misura della superficie dei pixel rispetto al rumore del rilevatore) disponibile sul mercato, con un'elevata gamma dinamica. Inoltre è dotato di un'interfaccia industriale standard e di capacità di attivazione, funzioni di inestimabile valore per i clienti del settore manifatturiero. Xenics afferma di ottenere una sensibilità normalizzata superiore di circa il 20% rispetto alla maggior parte dei concorrenti di mercato che utilizzano pixel di dimensioni inferiori.

Sebbene la risoluzione e la velocità siano parametri importanti, Xenics sottolinea che anche la facile integrazione e compatibilità con l'infrastruttura di produzione esistente sono molto importanti. "Non è scienza missilistica", afferma Larive. “Ma è molto importante per i produttori, in modo che non debbano dedicare anni allo sviluppo della tecnologia. Dovrebbe essere qualcosa di plug-and-play.”