半導体ウェーハを検査するための最新のSWIR技術

半導体プラットフォームに基づく集積回路は、電子デバイスやセンサーからソーラーパネルに至るまで、現在のテクノロジーの多くを支えています。

このようなプラットフォームに対する需要はますます高まっており、コンサルティング会社マッキンゼーは、半導体産業の価値は2021年の約6,000億ドルから2030年までに1兆ドルを超えると予想している1。

この成長の約 70% は、電気自動車、データ ストレージ、無線通信のアプリケーションによって促進されると推定されています。

高歩留まりで信頼性の高い製造プロセスの必要性により、優れた半導体ウェーハ検査技術の必要性が高まっています。 ウェーハ検査では、製造プロセス全体を通じて半導体チップを画像化して欠陥を特定します。

しかし、検査プロセスにはコストと時間がかかり、単一チップの製造には数百のステップが含まれており、このプロセスには最大で 2 か月かかることもあります。 このような問題に対処する必要性が高まっているため、半導体検査業界自体が重要になっており、Allied Market Research2 によると、現在その価値は 50 億ドルで、2031 年までに 89 億ドルに成長すると予想されています。

メーカーは、製造速度の向上に役立つチップ検査用の、より高速で高解像度のイメージング ソリューションを継続的に求めています。 したがって、世界で最も重要な産業の 1 つで生産量と効率を向上させるために、最先端のカメラが開発され、青空調査が行われています。

ほとんどの半導体デバイスはシリコンウェーハから作られています。 シリコンは可視光に対してほとんど不透明ですが、短波赤外 (SWIR) スペクトルの光に対する透過率ははるかに高く、1,050nm を超える波長では透明になります。 その結果、チップ検査に使用されるカメラ技術の多くは SWIR センサーに基づいています。 これらのシステムのほとんどは、900 ～ 1,700nm の感度範囲を持つインジウム ガリウム ヒ素 (InGaAs) センサーを利用しています。 SWIR光でシリコン半導体チップを照射することにより、これらのカメラは微小な亀裂や汚染粒子などの小さな特徴を検出できます。

「小さな特徴や故障を確認するには、良好な信号対雑音比が必要です。 そのためには、高感度のカメラが必要です」と、チップ製造における半導体ウェーハ検査用のセンサーとカメラの開発会社である Xenics の戦略マーケティング マネージャーである Marc Larive 氏は述べています。

Xenics のカメラは、半導体検査における SWIR 検出器に必要な高感度とピクセル解像度の間の重要なトレードオフを達成することを目指しています。 カメラの感度はピクセル サイズに直接比例しますが、ピクセル サイズを小さくすることが常に最適な解決策であるとは限りません。

Lucid Vision Lab の Atlas および Triton SWIR カメラ

「可視カメラでは、高解像度が得られるため、できる限り小さいピクセル サイズを実現することが目標です」と Larive 氏は言います。 「しかし、SWIR では自然光があまりないため、そうではありません。 小さな欠陥を探しているので、光の予算が問題になります。 Xenics では、ピクセル サイズ 20 ミクロンとの非常に優れたトレードオフを発見しました。これにより、非常に小さなアイテムや小さな故障を検出できるようになります。」

Xenics が提供する SWIR カメラは、Wildcat+ 640 シリーズで、自社製の InGaAs フォトダイオード検出器アレイ、ピクセル直径 20 ミクロンを使用し、最大 300Hz フルフレームの速度を提供します。 Larive 氏によると、Wildcat+ 640 は市場で入手可能な最高の「正規化された感度」（検出器ノイズと比較したピクセル表面の測定値）と高いダイナミック レンジを備えています。 また、標準の産業用インターフェイスとトリガー機能も備えており、これは製造業のクライアントにとって非常に貴重な機能です。 Xenics は、より小さいピクセル サイズを使用するほとんどの競合他社よりも約 20% 高い正規化感度が得られると主張しています。

解像度と速度は重要な指標ですが、Xenics では、既存の製造インフラストラクチャとの容易な統合と互換性も非常に重要であると強調しています。 「これはロケット科学ではありません」とラライブ氏は言います。 「しかし、メーカーにとって、技術の再開発に何年も費やす必要がないようにすることは非常に重要です。 それはプラグアンドプレイのものであるべきです。」