في تصنيع أشباه الموصلات، تؤثر جودة الرقائق بشكل مباشر على أداء الجهاز والإنتاجية والموثوقية. يضمن اختبار جودة الرقاقة الشامل أن المنتج النهائي يلبي المواصفات الصارمة وتوقعات العملاء. توضح هذه المقالة الخطوات الرئيسية في اختبار جودة الرقاقة والطرق النموذجية والمعلمات ذات الصلة وأفضل الممارسات للحفاظ على الاتساق وإمكانية التتبع.

1. الفحص البصري للرقاقة وجودة السطح

التفتيش البصري هو خط الدفاع الأول في مراقبة جودة الرقاقة. وهو يتضمن فحص الرقاقات بحثًا عن عيوب السطح والتلوث والخدوش والتقطيع وعدم انتظام النمط. يساعد تنفيذ هذه الخطوة في وقت مبكر على اكتشاف المشكلات قبل حدوث المعالجة اللاحقة المكلفة.

1.1 التفتيش البصري الآلي (aoi)

تقوم أنظمة التفتيش البصري الآلية بفحص الرقائق باستخدام كاميرات عالية الدقة وخوارزميات معالجة الصور. وتقارن الصور الحية بالأنماط المرجعية، وتحدد الانحرافات وتصنف العيوب حسب النوع والشدة. وتشمل العيوب النموذجية الثقوب الدقيقة والبقع البيضاء والبقع السوداء والجسيمات السطحية والخدوش الدقيقة.

1.2 التفتيش اليدوي

في حين تتعامل الأتمتة مع معظم الرقائق، يظل التفتيش اليدوي لا غنى عنه. يستخدم المشغلون البشريون المجاهر أو العدسات المكبرة لفحص مناطق الاهتمام التي تم تحديدها بواسطة أنظمة Aoi أو في مناطق الحافة حيث يكون الوصول البصري محدودًا. تضمن هذه الخطوة عدم إغفال المخالفات الدقيقة - مثل الشقوق الدقيقة في الحافة أو احتواء الركيزة.

1.3 قياس خشونة السطح واستواءه

يجب أن تلتزم الرقاقات بتسامح ضيق فيما يتعلق بخشونة السطح (ra) والتسطح (ttv، التباين الكلي في السُمك). تقيس أدوات مثل مقاييس ملف القلم أو مقاييس التداخل أو أجهزة الاستشعار الضوئية غير التلامسية هذه المعلمات. إن ضمان خشونة منخفضة وتسطيح منتظم يمنع عدم محاذاة الطباعة الحجرية ويضمن الترابط المناسب في الخطوات اللاحقة.

2. الاختبار الكهربائي والوظيفي للرقائق

بعد فحص السطح، تخضع الرقائق لاختبارات كهربائية ووظيفية للتأكد من أن الأجهزة أو الدوائر الأساسية تلبي معايير التصميم. تضمن هذه الاختبارات أن تكون خصائص الأداء ضمن المواصفات قبل التعبئة النهائية أو التقطيع.

2.1 اختبار المجس

تطبق اختبارات المجس جهات اتصال كهربائية على منصات الاختبار أو منصات على سطح الرقاقة. وهي تقيس معلمات مثل تيار التسرب والسعة والمقاومة وجهد العتبة والتشغيل المنطقي الوظيفي. من خلال إجراء اختبار على مستوى الرقاقة، يمكن تحديد القوالب المعيبة ووضع علامة عليها لتجنب الهدر في المصب.

2.2 الاختبار البارامتري

يقوم المختبرون البارامتريون بتقييم المعلمات الخاصة بالجهاز: مكسب الترانزستور، جهد الانهيار، منحنيات التيار والجهد (i/v) وأوقات تبديل الترانزستور. تساعد هذه النتائج في تحديد خصائص تغير العملية وضمان تلبية الأجهزة لهوامش الموثوقية.

2.3 اختبار الاحتراق والإجهاد

يطبق بعض المصنعين درجات حرارة مرتفعة أو جهدًا أو إجهادًا تردديًا على الرقائق لتسريع آليات الفشل. يكشف اختبار الاحتراق هذا عن العيوب الكامنة ويحسن الموثوقية على المدى الطويل. على سبيل المثال، يساعد تطبيق التحيز في درجات الحرارة العالية في الكشف عن انهيار الأكسيد المبكر أو نقاط ضعف الهجرة الكهربائية.

3. القياس والتحكم في الأبعاد الحرجة

تعتبر القياسات الدقيقة أمرًا أساسيًا للحفاظ على جودة الرقاقة في عقد التكنولوجيا المتقدمة. يجب قياس الأبعاد والأنماط الرئيسية لضمان دقة الطباعة الحجرية ودقة التراكب وتوحيد عمق الحفر.

3.1 قياس الأبعاد الحرجة

يشير البعد الحرج (CD) إلى ميزات مثل طول البوابة وعرض الخط والفتحات المتقاطعة. تقيس المجاهر الإلكترونية الماسحة للبعد الحرج (CD-SEMs) وأدوات القياس التشتتي هذه الميزات بدقة نانومترية. يشير الانحراف الذي يتجاوز التسامح إلى انحراف العملية أو عطل في المعدات.

3.2 التراكب والمحاذاة

تضمن دقة التراكب محاذاة الطبقات المتعاقبة على الرقاقة بشكل صحيح. يؤدي عدم المحاذاة إلى فشل الجهاز أو فقدان العائد. تستخدم أدوات قياس التراكب علامات المحاذاة وتقيس الإزاحات الجانبية والدورانية عبر سطح الرقاقة.

3.3 تحليل سمك الفيلم وتكوينه

سمك الفيلم وتوحيده وتركيب المواد هي أمور بالغة الأهمية. تقوم تقنيات مثل القياس البيضاوي وقياس انعكاس الأشعة السينية (XRR) والطيف التشتتي للطاقة (EDS) بتقييم ما إذا كانت الأفلام المترسبة تلبي السمك والتركيب المطلوبين. تعمل مجموعات الأفلام الموحدة على تقليل الإجهاد التفاضلي ومخاطر الفشل.

4. التلوث وتوصيف العيوب

يمكن أن يؤدي التلوث والعيوب إلى تقليل العائد والموثوقية بشكل جذري. إن تحديد هذه المصادر والتحكم فيها يضمن أن دفعات الرقائق تلبي معايير الجودة الصارمة وإمكانية التتبع.

4.1 عدد الجسيمات والنظافة

يجب أن تكون أسطح الرقاقة خالية من الجسيمات والبقايا والتلوث العضوي. تعمل عدادات الجسيمات وأدوات مسح السطح على اكتشاف الجسيمات الميكرون ودون الميكرون. تعد إجراءات الغرفة النظيفة وكيمياء التنظيف المحسنة والشطف الفعال أمرًا أساسيًا للحفاظ على معايير النظافة.

4.2 رسم خرائط العيوب وتصنيفها

باستخدام أدوات رسم خرائط العيوب، يتتبع المصنعون كثافة العيوب حسب المنطقة والنوع والشدة. تساعد هذه البيانات في مبادرات تعزيز العائد وتحليل السبب الجذري. قد تشمل أنواع العيوب الخلع البلوري والحفر والفراغات ومواقع الحقن والشقوق الناجمة عن الإجهاد وشوائب المواد الغريبة.

4.3 تحليلات انقطاع العملية

إذا ارتفعت اتجاهات العيوب، فإن الأدوات التي تسجل معلمات العملية السابقة (درجة الحرارة والضغط وتركيزات المواد الكيميائية) وترتبط بخرائط العيوب تساعد في تحديد الأسباب الجذرية. وهذا يضمن إمكانية اتخاذ الإجراءات التصحيحية قبل متابعة الدفعات التالية.

5. التوثيق والتتبع وتحليل العائد

إن الاختبار بدون توثيق غير مكتمل. تتطلب صناعة الرقائق عالية الجودة توثيقًا صارمًا وإمكانية التتبع وممارسات التحسين المستمر.

5.1 تتبع الدفعات وسجلات الاختبار

يجب أن يكون لكل دفعة رقاقة معرف فريد وسجلات كاملة لتاريخ الاختبار بما في ذلك نتائج الفحص البصري وبيانات الاختبار الكهربائي وقراءات القياس وخرائط العيوب. يسمح هذا بتتبع الدفعات المعيبة وعزل معلمات العملية المسببة للمشاكل.

5.2 مقاييس العائد والتحكم الإحصائي في العملية (spc)

تلخص تقارير العائد عدد القوالب الوظيفية لكل رقاقة وتسلط الضوء على اتجاهات العائد بمرور الوقت. تتبع مخططات SPC متغيرات العملية الرئيسية وتنبه المهندسين عندما تنحرف المتغيرات عن حدود التحكم. ومن خلال هذا النهج القائم على البيانات، يحافظ المصنعون على جودة ثابتة ويقللون من الخردة.

5.3 التحسين المستمر وحلقات التغذية الراجعة

يجب أن تعود نتائج الاختبار إلى فرق هندسة العمليات. إذا اتجهت المقاييس نحو الحدود، فيجب تفعيل الصيانة الوقائية وإعادة المعايرة وتحسين العمليات أو ترقيات المعدات. تحافظ ثقافة التحسين المستمر على جودة الرقاقة قوية وقابلة للتنبؤ.

6. اختيار حلول التفتيش والقياس المناسبة

يضمن اختيار الأدوات والموردين ذوي الدقة العالية أن تكون عمليات الاختبار موثوقة وقابلة للتكرار وقابلة للتطوير. يجب أن تتوافق المعدات مع عقدة التكنولوجيا ومتطلبات الإنتاج والقيود الميزانية.

6.1 قدرات المعدات وتوافق عقدة التكنولوجيا

يجب أن تدعم أنظمة التفتيش والقياس المختارة أحجام ميزات عقدة العملية المعنية، وتوفر دقة كافية، ومعدل إنتاج وإخراج البيانات. بالنسبة للعقد المتقدمة، تعد الدقة دون الميكرون والإنتاجية العالية أمرًا ضروريًا.

6.2 الخدمة والمعايرة والصيانة

إن دعم البائعين الموثوق به وخدمات المعايرة وجداول الصيانة المنتظمة تقلل من وقت التوقف عن العمل وانحراف القياس. كما أن الشريك الذي يتمتع ببصمة خدمة عالمية وقدرات توثيق قوية يضيف قيمة.

6.3 مثال على التوصية

بالنسبة للشركات المصنعة التي تبحث عن حلول تفتيش وقياس عالية الدقة ومناسبة للصناعة، فإن أنظمة Plutosemi جديرة بالملاحظة. تتناول محفظتها احتياجات تفتيش الرقاقة والقياس والأتمتة. يؤدي دمج هذه المعدات إلى تبسيط سير عمل اختبار الجودة، وتعزيز إمكانية التتبع، ودعم جهود تحسين العائد.

ملخص

يتضمن ضمان جودة الرقاقة سير عمل متعدد الخطوات: التفتيش البصري والسطحي، والاختبار الكهربائي والوظيفي، والقياس الدقيق، والتحكم في التلوث والعيوب، والتوثيق الدقيق مع تحليلات العائد. تدعم كل خطوة الخطوة التالية، مما يضمن بشكل جماعي أن الرقاقات النهائية تلبي المواصفات، وتدعم العائد العالي للجهاز وتحافظ على الموثوقية. من خلال الشراكة مع مورد تفتيش وقياس قادر مثل بلوتوسيمي، يمكن للمصنعين تعزيز نظام الاختبار الخاص بهم والتحرك بثقة نحو إنتاج عالي العائد ومتسق.