Laadukkaiden puolijohdetuotteiden valmistus edellyttää laadukkaita valmistusposesseja ja niiden monitorointia

Aiemmassa artikkelissa käsittelimme puolijohdevalmistuksessa käytettäviä mittausratkaisuja. Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme puolijohdeteollisuuden valmistuslaitteistoja toimittavien tahojen mittaustarpeita ja mittaustarkkuuden varmistamista Vaisalan kosteus- ja paineantureilla.

Puolijohteiden valmistusprosessissa pienimmätkin muutokset olosuhteissa, kuten lämpötilassa, valotusajassa, kemikaalipitoisuudessa, materiaalin laadussa tai kontaminaatiossa, voivat pilata koko piikiekon tai pahimmassa tapauksessa koko tuotantoerän. Tällaisten vaihteluiden lähteet on eliminoitava, jotta prosessista tulee vakaa ja helposti toistettava, ja tässä ovat avainasemassa eri prosessiparametrien säätöä varten käytettävät mittaukset. Piikiekkojen valmistusprosessin tärkeimmät vaiheet ovat kemiallinen puhdistus, litografia, pinnoitus ja kehitys, kiekkojen kasvattaminen ja sahaus, sirujen testaus sekä pakkaaminen ja kuljetus elektroniikkavalmistajalle.

Alla on esitelty Vaisalan mittausratkaisut puolijohdeprosessilaitteistoja valmistaville toimittajille.

Kemiallinen puhdistus

Piikiekon puhdistusprosessin tavoitteena on poistaa kemikaalit ja epäpuhtaudet muuttamatta tai vahingoittamatta piikiekon pintaa tai materiaalia. Koska useimmissa puhdistusmenetelmissä käytetään kemikaaleja, on tärkeää, että anturit kestävät niitä.

Vaisalan kosteusantureissa on kemikaalien puhdistustoiminto, joka kuumentaa anturielementin säännöllisesti kemiallisten epäpuhtauksien, kuten liuotinhöyryjen haihduttamiseksi. Tämän ominaisuuden ansiosta anturia voidaan käyttää kemikaalipitoisissa olosuhteissa. Myös anturi itsessään on suojattu mekaanisesti korroosiolta, ja jotkin mittalaitteet on varustettu lämmityselementillä, joka pitää mittapään kuivana ja mahdollistaa reaaliaikaiset kastepisteen laskelmat. Jos käytössä on toinen anturi todellisen lämpötilan mittaukseen, suhteellinen kosteus voidaan laskea kohtuullisen helposti kastepisteen ja prosessin lämpötilojen perusteella. Useimmat Vaisalan mittalaitteet voivat tehdä tämän automaattisesti.

Etsaus

Kemikaalien puhdistuksen jälkeen piikiekon pintaan etsataan mikrorakenteet. Epäpuhtauksia lisäämällä luodaan puolijohteen rakenne ja hapetetaan eri eristekerrokset. Tuloksena saadaan useita päällekkäisiä sähkörakennekerroksia, jotka muodostavat esimerkiksi monimutkaisen mikroprosessorin sirun.

Puettavissa laitteissa ja muissa uusinta teknologiaa sisältävissä tuotteissa tarvitaan yhä pienempiä ja kevyempiä komponentteja, mikä edellyttää entistä tarkempaa etsausprosessiin hallintaa optisten laitteiden avulla. Nanometrikoon rakenteissa altistusta on hallittava äärimmäisen tarkasti, sillä pienimmätkin poikkeamat ympäröivässä paineessa, suhteellisessa kosteudessa ja lämpötilassa voivat vaikuttaa linssin optiseen toimintaan. Tämän vuoksi linssiä on säädettävä reaaliaikaisesti mittausten perusteella.

Kosteus, lämpötila ja ympäröivä paine ovat keskeisiä parametreja, ja niiden avulla voidaan parantaa piikiekkoon kuviot painavan litografialaitteen laatua. Päällystys- ja valmisteluvaiheessa taas tarvitaan veden mittauksia kuivausprosessin aikana.

Vaisala Indigo520:tä  ja Indigo-yhteensopivia älykkäitä mittapäitä  voidaan käyttää itsenäisenä kosteusmittalaitteena, ja jos prosessissa tarvitaan useita mittapäitä, järjestelmään voidaan lisätä Indigo520-lähetin, jolla voidaan mitata myös absoluuttinen paine.

Piikiekon osiointi

Kun puolijohteen rakenteet on luotu, yksittäiset sirut on eroteltava piikiekosta. Piikiekko voidaan osioida monella eri tavalla, esimerkiksi laserilla. Yksi prosessin tärkeistä vaiheista on kastepistelämpötilan mittaus, kun piikiekon käsittely- tai osiointikalvo poistetaan. Puolijohdekomponentit testataan myös erilaisissa lämpötilaolosuhteissa, jotta ne täyttävät varmasti vaaditut tuotemääritykset. Vaatimusluokkia on useita, aina kulutuselektroniikasta ja teollisuudesta autoteollisuuteen, sotilaskäyttöön ja ilmailualaan.

Tyypillisesti testaus tehdään koko lämpötila-alueella alkaen –40 °C:sta tai vielä matalammasta lämpötilasta. Kun lämpötila nousee testauksen jälkeen, piikiekkoon voi muodostua kondensaatiota, joka voi vahingoittaa herkkää piiriä.

OEM-integraatio

Vaisalan tehokkaat ratkaisut mahdollistavat helpon OEM-integraation kaste- ja huurrepisteiden valvontaan laitteistoissa, joilla yksittäiset sirut testataan sen jälkeen, kun ne on eroteltu piikiekosta. Pienikokoiset mittapäät voidaan integroida testauskammion sisään, jolloin saadaan reaaliaikaista tietoa vaatimusten mukaisesti. DMT143 on yleiskäyttöinen lähetin, joka toimii laajalla mittausalueella aina –70 °C:sta jopa 60 °C:een. DMT152 on puolestaan erikoislähetin, joka on optimoitu erittäin kuiviin olosuhteisiin –80 °C:n ja –20 °C:n välisissä lämpötiloissa.

Katso webinaari: Varmista saanto puolijohteiden ja akkujen valmistuksessa