半导体目视检测设备的基础知识

更新时间：2025-12-12

浏览次数：18

什么是半导体目视检测设备？

半导体目视检测设备是一种在半导体制造过程中目视检查晶圆和半导体芯片缺陷的设备。

半导体的主要制造工艺包括光罩制造工艺（相当于原始印刷板）、晶圆制造工艺（半导体的基础）、利用光罩在晶圆上形成微观电路结构的前加工，以及电路形成后单独封装半导体芯片的后加工。

近年来，半导体微制造技术已达到几纳米（约为人发粗的1/10,000），晶圆体积也变得更大，使得数千个含数十亿晶体管的半导体芯片能够由单片晶圆制造出来。

检测设备在高产半导体制造工艺中至关重要，能够实现早期缺陷筛查、成本节约以及质量和可靠性的提升。选择半导体目视检测设备的标准包括晶圆直径、所用工艺以及待检测的缺陷类型。

半导体视觉检测设备的应用

半导体目视检测设备被用于半导体制造工艺的各个阶段。

使用半导体目视检测设备检测到的缺陷包括光掩膜和晶圆的变形和裂纹、划痕、异物附着、前一工艺中电路图案错位、尺寸缺陷以及后续工艺中的封装缺陷。

因此，必须为每个工艺选择合适的半导体视觉检测设备和软件，同时推动利用人工智能及其他技术实现自动化，以加快检测速度并节省劳动力。

半导体目视检测设备的原理

半导体目视检测设备包括待测量设备、处理测量数据的软件以及执行适当测量的设备。

高分辨率相机、电子显微镜和激光测量仪器被用作测量设备。处理测量数据的软件根据检测流程开发了算法。作为正确测量的设备，它还需要抑制振动并照射光线。以下是半导体目视检测设备核心的图像采集技术、图像处理技术和缺陷分类技术。

成像技术
成像技术是一种通过照射激光光照射晶圆并检测其散射光来测量缺陷的技术。通过照亮微观不规则，它能检测异物和损伤。
图像处理技术
图像处理技术是一种利用晶圆上所有芯片形成的相同图案来比较相邻图案以检测缺陷的技术。它具备高速且广泛的处理能力。
缺陷分类技术
缺陷分类技术是一种检测缺陷、分类并提取原因的技术。这是查找并处理缺陷原因的必要技术。

半导体视觉检测的类型

1. 晶圆制造及前处理阶段的目视检查

晶圆是通过将半导体原材料（如硅）成型为称为锭的圆柱形单晶材料，切片厚度约1毫米并抛光表面，其直径最近达到12英寸（约30厘米）。

晶圆缺陷不仅包括附着在晶圆上的异物，还包括表面划痕、裂纹、加工不均以及晶圆本身的晶体缺陷。

前一个过程按原样进行，这里主要有两种缺陷类型，称为随机缺陷和系统缺陷。随机缺陷主要由外来物质污染引起，但由于它们是随机的，其位置不可预测。因此，它通过图像处理检测晶圆上的随机缺陷。而系统性缺陷则是由光掩膜和曝光过程条件引起的缺陷，例如附着在光罩上的颗粒，通常发生在晶圆上对齐的每个半导体芯片的同一位置。

2. 后期流程中的目视检查

在后续工艺中，晶圆被切割（切丁）成每个芯片，储存在树脂或陶瓷封装中，然后将芯片上的端子连接（线键合）以密封封装侧的端子。以下部分主要进行电气检查，但也会进行视觉检查，如线路粘结缺陷和零件编号打印缺陷。

半导体目视检测的附加信息

1. 半导体视觉检测的重要性

一般来说，制造过程中的目视检查通常旨在检查污垢和划痕，有时与产品功能或性能无关，但半导体制造中的污垢和划痕不仅仅是表面问题，而是几乎所有情况下都会影响功能和性能的问题。

半导体是电子器件，也像其他电气和电子设备一样进行电气检测，但要检查所有数十亿个晶体管及其连接的线路非常困难，晶体管栅极和线路的薄弱只能通过目视检查。

2. 半导体视觉检测的准确性

在几纳米微观尺度的半导体工艺中，单根导线的厚度与相邻导线之间的间距为几纳米。

如果纳米级有缺陷，可能会导致布线短路和断开。此外，即使由于这一1/1尺寸缺陷，线宽达到设计厚度的90%，线路的电阻和电容也会发生变化。当电流通过这根导线时，会发生一种称为电迁移的现象，即金属原子因电子运动而移动，导致导线迅速变细，短时间内引发导线断裂。

因此，半导体制造需要极其精细的目视检测，随着微制造技术的发展，所需的精度将持续提升。