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半导体检测设备的基础知识

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2026/4/27 9:27:28

什么是半导体检测设备?

半导体检测设备是指半导体制造过程中用于检测的设备。

在半导体制造中,检测在晶圆制造阶段、电路图案形成阶段和封装阶段进行。许多用于各种器件的半导体芯片负责功能根源,因此不仅要保证正常运行的高度可靠性,也要保证设备运行安全方面的高度可靠性。

如今,集成度最高的半导体芯片在单一芯片上包含数百亿个晶体管,为了在数十年内正常运行,从设计到制造都需要彻d底的检查。

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工艺的多个阶段的缺陷。

1. 晶圆制备阶段

在晶圆制造阶段,将单晶块硅片切片,作为电路制造基底,进行表面抛光和热处理,生产晶圆后再形成电路。此阶段的检查包括目视检查,以检测变形、裂纹、边缘缺口、表面缺陷及切片晶圆的异物附着,最终将被评为良好的晶圆进入下一工艺。

2. 电路图案化阶段

在电路图案形成阶段,所需的电路图案在重复制作过程中形成,如形成晶体管和晶圆上的薄膜层、使用光罩转移图案以及蚀刻去除不需要的部件。除了晶圆检测等目视检查外,这一阶段的检测还包括确认电路的电气特性和正常运行,清除的晶圆会送往下一工艺。

3. 包装阶段

在封装阶段,每个半导体芯片从晶圆状态切割(切丁),该芯片的电气端子与封装侧的连接端子结合并封装。该阶段是产品完成的阶段,检查项目包括检测电气特性和封装连接缺陷(线键合),如果通过,产品即可发货。

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质检测。

1. 目视检查

在目视检测中,高分辨率相机用于检测晶圆上的变形、裂纹、边缘缺落等,以及晶圆上的异物附着。表面检测设备在晶圆旋转时照射激光光,检测反射光是否被散射,以检查表面缺陷和异物附着。

此外,高灵敏度相机用于检测切割过程中的尺寸缺陷和线路粘结过程中的连接缺陷。

电路图案形成后,使用电子显微镜分析细小图案图像,以检测异物及电路图案偏差。在用高灵敏度相机发现异物后,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。通过将电子显微镜置于此,异物的细节部分被记录为图像,然后通过与其他形状等详细信息进行比较和分析和评估。

2. 电气特性检测

在电路图案形成阶段,检测晶圆状态下的电气特性。在此检测过程中,检测使用LSI测试仪(LSI)输入称为芯片测试图样的电信号,并将输出信号图样与期望值进行比较;晶圆探针器执行芯片级定位控制,准确将信号连接到每颗芯片的电气端子;以及一块探针卡,探针数量相同,精确对应芯片内数百~数万个电端子。

包装阶段的检查是出货前的最终检查,也称为最终检查(F-检查)。这里会创建一个测试板,称为F-检测板,用于检查电路运行。

近年来,一种称为BIST(内置自测)的方法也被用于大规模电路。BIST通过创建一个电路,生成测试模式来检测电路,并将测试结果与半导体芯片设计阶段的期望值匹配,从而缩短检测时间。

除了上述高灵敏度相机、LSI测试仪和电子显微镜外,图像分析软件和红外相机也常用于半导体检测。


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