A mais recente tecnologia SWIR para inspeção de wafers semicondutores

Circuitos integrados baseados em plataformas de semicondutores sustentam grande parte da nossa tecnologia atual: tudo, desde dispositivos eletrônicos e sensores até painéis solares.

A procura por tais plataformas está cada vez maior, com a empresa de consultoria McKinsey a antecipar que a indústria de semicondutores valerá mais de 1 bilião de dólares até 20301, contra cerca de 600 mil milhões de dólares em 2021.

Estima-se que cerca de 70% deste crescimento será impulsionado por aplicações em veículos eléctricos, armazenamento de dados e comunicações sem fios.

A necessidade de processos de fabricação confiáveis ​​e de alto rendimento impulsionou a necessidade de excelentes tecnologias de inspeção de wafers semicondutores. A inspeção de wafer envolve a geração de imagens de chips semicondutores durante todo o processo de fabricação para detectar defeitos.

Mas o processo de inspeção é caro e demorado, com centenas de etapas envolvidas na fabricação de um único chip – um processo que pode levar até dois meses. A necessidade crescente de abordar estas questões fez com que a própria indústria de inspeção de semicondutores se tornasse significativa – atualmente avaliada em 5 mil milhões de dólares e que deverá crescer para 8,9 mil milhões de dólares até 2031, de acordo com a Allied Market Research2.

Os fabricantes buscam continuamente soluções de imagem mais rápidas e de maior resolução para inspeção de chips, a fim de ajudar a aumentar a taxa de fabricação. Estão, portanto, a ser desenvolvidas câmaras de última geração e a ser realizadas pesquisas sobre o céu azul, numa tentativa de aumentar o rendimento e a eficiência numa das indústrias mais importantes do mundo.

A maioria dos dispositivos semicondutores é feita de pastilhas de silício. O silício é amplamente opaco à luz visível, mas a sua transmissividade à luz no espectro infravermelho de ondas curtas (SWIR) é muito maior, tornando-o transparente em comprimentos de onda superiores a 1.050 nm. Como resultado, muitas tecnologias de câmeras utilizadas para inspeção de chips são baseadas em sensores SWIR. A maioria desses sistemas utiliza sensores de arsenieto de índio e gálio (InGaAs) com uma faixa de sensibilidade de 900 a 1.700 nm. Ao iluminar chips semicondutores de silício com luz SWIR, essas câmeras podem detectar pequenas características, como microfissuras ou partículas contaminantes.

“Para ver pequenos recursos e falhas, você precisa de uma boa relação sinal-ruído. Para isso, você precisa de uma câmera altamente sensível”, afirma Marc Larive, gerente de marketing estratégico da Xenics, desenvolvedora de sensores e câmeras para inspeção de wafers semicondutores na fabricação de chips.

As câmeras da Xenics visam alcançar o compromisso vital entre a alta sensibilidade necessária para detectores SWIR na inspeção de semicondutores e a resolução de pixels. Embora a sensibilidade de uma câmera seja diretamente proporcional ao tamanho do pixel, optar por pixels menores nem sempre é a melhor solução.

Câmeras Atlas e Triton SWIR do Lucid Vision Lab

“Em câmeras visíveis, o objetivo é obter o menor tamanho de pixel possível, pois é possível obter altas resoluções”, diz Larive. “Mas no SWIR isso não acontece porque não há muita luz natural. Você está procurando pequenos defeitos, então um orçamento leve é ​​um problema. Na Xenics, encontramos uma compensação muito boa com um tamanho de pixel de 20 mícrons – você pode detectar itens muito pequenos, pequenas falhas com ele.”

As câmeras SWIR oferecidas pela Xenics são a série Wildcat + 640, que usa conjuntos de detectores de fotodiodos InGaAs feitos internamente, diâmetros de pixel de 20 mícrons e oferecem velocidades de até 300 Hz full frame. Larive afirma que o Wildcat+ 640 oferece a mais alta “sensibilidade normalizada” (uma medida da superfície do pixel em comparação com o ruído do detector) disponível no mercado, com alta faixa dinâmica. Ele também vem com uma interface industrial padrão e habilidades de acionamento – funções que são inestimáveis ​​para clientes de manufatura. A Xenics afirma obter uma sensibilidade normalizada cerca de 20% maior do que a maioria dos concorrentes do mercado que usam pixels menores.

Embora a resolução e a velocidade sejam métricas importantes, a Xenics enfatiza que a fácil integração e compatibilidade com a infraestrutura de produção existente também são muito importantes. “Não é ciência de foguetes”, diz Larive. “Mas é muito importante para os fabricantes, para que não tenham que gastar anos redesenvolvendo a tecnologia. Deve ser algo plug-and-play.”