La dernière technologie SWIR pour l'inspection des plaquettes semi-conductrices

Les circuits intégrés basés sur des plates-formes semi-conductrices sous-tendent une grande partie de notre technologie actuelle : des appareils électroniques et des capteurs aux panneaux solaires.

La demande pour de telles plates-formes ne cesse d’augmenter, le cabinet de conseil McKinsey prévoyant que l’industrie des semi-conducteurs vaudra plus de 1 000 milliards de dollars d’ici 20301, contre environ 600 milliards de dollars en 2021.

On estime qu’environ 70 % de cette croissance proviendra des applications dans les véhicules électriques, le stockage de données et les communications sans fil.

Le besoin de processus de fabrication fiables et à haut rendement a accru le besoin d’excellentes technologies d’inspection des tranches de semi-conducteurs. L'inspection des plaquettes implique l'imagerie des puces semi-conductrices tout au long du processus de fabrication pour détecter les défauts.

Mais le processus d’inspection est long et coûteux, car la fabrication d’une seule puce comporte des centaines d’étapes – un processus qui peut prendre jusqu’à deux mois. La nécessité croissante de résoudre ces problèmes a conduit le secteur de l’inspection des semi-conducteurs lui-même à devenir important – actuellement évalué à 5 milliards de dollars et qui devrait atteindre 8,9 milliards de dollars d’ici 2031, selon Allied Market Research2.

Les fabricants recherchent continuellement des solutions d'imagerie plus rapides et à plus haute résolution pour l'inspection des puces afin de contribuer à accélérer la cadence de fabrication. Des caméras de pointe sont donc développées et des recherches sur le ciel bleu sont entreprises dans le but d'augmenter le rendement et l'efficacité dans l'une des industries les plus importantes au monde.

La plupart des dispositifs semi-conducteurs sont fabriqués à partir de tranches de silicium. Le silicium est largement opaque à la lumière visible, mais sa transmissivité à la lumière dans le spectre infrarouge à ondes courtes (SWIR) est beaucoup plus élevée, ce qui le rend transparent à des longueurs d'onde supérieures à 1 050 nm. En conséquence, de nombreuses technologies de caméras utilisées pour l’inspection des puces sont basées sur des capteurs SWIR. La plupart de ces systèmes utilisent des capteurs à l'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs) avec une plage de sensibilité de 900 à 1 700 nm. En éclairant les puces semi-conductrices de silicium avec la lumière SWIR, ces caméras peuvent détecter de minuscules caractéristiques telles que des microfissures ou des particules contaminants.

« Pour voir les petites fonctionnalités et les pannes, vous avez besoin d’un bon rapport signal/bruit. Pour cela, vous avez besoin d'une caméra très sensible », explique Marc Larive, directeur marketing stratégique de Xenics, un développeur de capteurs et de caméras pour l'inspection des plaquettes de semi-conducteurs dans la fabrication de puces.

Les caméras de Xenics visent à atteindre le compromis vital entre la haute sensibilité requise pour les détecteurs SWIR dans l'inspection des semi-conducteurs et la résolution en pixels. Bien que la sensibilité d'un appareil photo soit directement proportionnelle à la taille des pixels, opter pour des tailles de pixels plus petites n'est pas toujours la meilleure solution.

Caméras Atlas et Triton SWIR de Lucid Vision Lab

« Dans les caméras visibles, l'objectif est d'obtenir la taille de pixel la plus petite possible, car on peut obtenir des résolutions élevées », explique Larive. « Mais à SWIR, ce n'est pas le cas car il n'y a pas beaucoup de lumière naturelle. Vous recherchez de minuscules défauts, donc un budget léger est un problème. Chez Xenics, nous avons trouvé un très bon compromis avec une taille de pixel de 20 microns : vous pouvez détecter de très petits éléments, de petites pannes.

Les caméras SWIR proposées par Xenics sont sa série Wildcat+ 640, qui utilise des réseaux de détecteurs de photodiodes InGaAs fabriqués en interne, des diamètres de pixels de 20 microns et offrent des vitesses allant jusqu'à 300 Hz plein format. Larive affirme que le Wildcat+ 640 offre la « sensibilité normalisée » la plus élevée (une mesure de la surface des pixels par rapport au bruit du détecteur) disponible sur le marché, avec une plage dynamique élevée. Il est également doté d’une interface industrielle standard et de capacités de déclenchement – ​​des fonctions inestimables pour les clients industriels. Xenics prétend obtenir une sensibilité normalisée environ 20 % supérieure à celle de la plupart des concurrents du marché qui utilisent des tailles de pixels plus petites.

Bien que la résolution et la vitesse soient des paramètres importants, Xenics souligne que la facilité d'intégration et la compatibilité avec l'infrastructure de fabrication existante sont également très importantes. « Ce n'est pas compliqué », dit Larive. « Mais c'est très important pour les fabricants afin qu'ils n'aient pas à passer des années à redévelopper la technologie. Cela devrait être quelque chose de plug-and-play.