半导体检测设备基础知识指南

半导体检测设备是半导体制造过程中用于进行检测的设备的总称。

在半导体制造中，检查是在晶圆制造阶段、电路图案形成阶段和封装阶段进行的。 各种设备中使用的许多半导体芯片都负责功能根源，不仅在正常运行方面，而且在设备运行安全方面都需要确保高可靠性。

如今，集成度最高的半导体芯片在单个芯片上包含数百亿个晶体管，为了在几十年内正常运行，需要从设计到制造进行检查。

半导体检测设备应用

半导体检测设备用于检测半导体制造过程多个阶段的制造缺陷。

1. 晶圆制造阶段

在晶圆制造阶段，将作为电路制造基板的单晶硅块切片成片状硅片，并在电路形成前进行表面抛光和热处理以生产晶圆。 此阶段的检查项目包括目视检查，以检测切片晶圆的变形、裂纹、缺边、表面缺陷和异物附着，并将判断为良好的晶圆送入下一道工序。

2. 电路图案化阶段

在电路图案形成阶段，通过在晶圆上形成晶体管和布线的薄膜层、使用光掩模进行图案转移以及蚀刻以去除不需要的部件等重复过程形成必要的电路图案。 除了晶圆检查等目视检查外，还进行检查以确认电气特性和电路的正常运行，并将清除的晶圆送入下一道工序。

3. 包装阶段

在封装阶段，每个半导体芯片从晶圆状态上切割（切块），并将该芯片的电气端子粘合到封装侧的连接端子上并封装在封装中。 该阶段是作为产品完成的阶段，检查项目包括检测与封装相关的电气特性和缺陷（引线键合）的检查，如果通过，则可以发货。

半导体检测设备的原理

半导体检测大致可分为目视检测和电气性能检测。

1. 目视检查

目视检查使用高分辨率相机检测晶圆上的应变、裂纹、边缘碎裂等，以及晶圆上的异物附着。 表面检测设备在旋转晶圆表面的同时将激光照射到晶圆表面，检测反射光是否散射，检查表面缺陷和异物附着。

此外，还采用高灵敏度相机检测切割过程中的尺寸缺陷和导线键合过程中的连接缺陷。

电路图案形成后，用电子显微镜对精细图案的图像进行分析，检查是否有异物检测和电路图案的偏差。 用高灵敏度相机检测异物后，进行图案转移，转移后由激光发射器和激光接收器确定异物的位置。 通过将电子显微镜放置在该位置，将异物的细节记录为图像，然后通过将其与其他形状等详细信息进行比较来分析和评估。

2. 电气特性检查

在电路图形成阶段，在晶圆状态下检查电性能。 在本次检查中，LSI测试仪将称为测试模式的电信号输入芯片，并将输出信号模式与预期值进行比较，晶圆探针进行芯片级定位控制，将信号精确连接到每个芯片的电气端子，以及相同数量的针（探针）定位，以精确击中芯片中的数百~数万个电气端子。 该测试是使用带有的探针卡进行的。

包装阶段的检验是装运前的最终检验，也称为最终检验（F-inspection）。 在这里，创建了一个称为 F 检查板的测试板来检查电路运行。

近年来，一种称为 BIST（内置自检）的方法也被用于大规模电路。 BIST可以通过创建生成测试模式的电路来检查电路，以及从设计阶段开始就将测试结果与半导体芯片中的预期值相匹配的电路来减少检查时间。

除了上述高灵敏度相机、LSI测试仪和电子显微镜外，半导体检测还经常使用图像分析软件和红外相机。