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Les semi-conducteurs haut de gamme nécessitent des machines de qualité, avec en plus un excellent matériel de surveillance

Outil de fabrication de semi-conducteurs traitant une plaquette
Antti Viitanen, Product Manager
Antti Viitanen
Product Manager
Published: juin 2, 2022
Fabrication industrielle et processus
Mesures industrielles

Dans un article publié il y a un certain temps, nous avons abordé les solutions de mesure utilisées dans la fabrication des semi-conducteurs. Dans ce blog, nous jetons un œil sur la gamme de capteurs d'humidité et de pression Vaisala qui garantissent des mesures exactes aux fabricants des machines utilisées pour la production de semi-conducteurs.

 

Lors du processus de fabrication des semi-conducteurs, une plaquette de silicium entière, voire l'ensemble du lot, peut être rendue inutilisable par des variations infimes des conditions comme la température, la durée d'exposition, la concentration chimique, la qualité du matériau ou la contamination. Les sources de ces variations doivent donc être éliminées pour assurer la stabilité et la reproductibilité du processus. Les mesures utilisées pour ajuster les différents paramètres du processus sont donc essentielles. Les étapes essentielles à la fabrication des plaquettes de silicium sont le nettoyage chimique, la lithographie, le revêtement et le développement des plaquettes, l'expansion et la découpe de plaquettes, le sondage et le test des puces et enfin l'emballage et le transport vers le fabricant de matériel électronique.

Les solutions de mesure Vaisala pour fournisseurs d'équipements à semi-conducteurs sont présentées ci-dessous.

Nettoyage chimique

L'objectif du nettoyage du wafer est d'éliminer les impuretés chimiques et les particules sans modifier ou endommager la surface de la plaquette ou le substrat. Comme la plupart des techniques de nettoyage recourent à des produits chimiques, il est impératif que les capteurs de mesure affichent une certaine tolérance.

Les capteurs d'humidité Vaisala ont une fonction de purge chimique qui réchauffe fréquemment l'élément de mesure pour évaporer les polluants chimiques comme les vapeurs de solvant, ce qui leur permet de faire face à ce type d'atmosphères. Le capteur lui-même est également protégé mécaniquement pour résister à la corrosion, et certains instruments sont équipés d'un élément chauffant qui maintient la sonde au sec tout en fournissant des calculs de point de rosée en temps réel. Si un autre capteur est prévu pour mesurer la température réelle, l'humidité relative peut être calculée assez facilement en fonction du point de rosée et des températures du process, et la plupart des instruments Vaisala sont capables de le faire automatiquement.

Gravure

Après le processus de nettoyage chimique, des microstructures sont gravées sur la surface de la plaquette, ajoutant des impuretés pour créer une structure semi-conductrice et oxyder les différentes couches d'isolation. Le résultat se présente sous forme de plusieurs couches superposées dotées de structures électriques qui créent par exemple une puce de microprocesseur complexe.

La demande croissante de composants plus petits et plus légers pour les produits modernes comme les appareils portables nécessite un contrôle plus exact du processus de gravure, ce qui est souvent effectué avec un matériel optique. Pour fabriquer des structures à l'échelle nanométrique, l'exposition doit être extrêmement précise, car les variations infimes de la pression ambiante, de l'humidité relative et de la température peuvent modifier le comportement optique de la lentille. Autrement dit, la lentille doit être ajustée en temps réel en fonction de ces mesures.

Les paramètres suivants sont essentiels pour améliorer la qualité du projecteur pas-à-pas qui imprime les circuits sur les plaquettes de silicium : humidité, température et pression ambiante. En attendant, la machine chargée du revêtement et du développement a besoin de mesures pour l'eau utilisée dans le processus de séchage de l'appareil.

Le Vaisala Indigo520 avec sondes intelligentes compatibles à Indigo peut être utilisé comme instrument individuel de mesure de l'humidité, et si plusieurs sondes sont nécessaires, il peut être combiné avec le transmetteur Indigo520 qui permet, en option, de mesurer la pression absolue.

Découpe de plaquettes

Une fois les structures du semi-conducteur préparées, les puces individuelles doivent être séparées de la plaquette. Il existe différentes techniques pour la découpe de plaquettes qui peut être effectuée par exemple à l'aide d'un laser. Une étape importante du processus consiste à contrôler la formation de rosée en mesurant la température du point de rosée pendant que la bande de traitement de la plaquette ou la bande de découpe est décollée. Les composants semi-conducteurs sont également testés dans différentes conditions thermiques pour s'assurer qu'ils répondent aux spécifications du produit requises. Différentes classes sont disponibles, dont une qualité pour grand public, industrielle, automobile, militaire et aérospatiale.

En général, les tests sont effectués sur toute la plage de températures à partir de –40 °C (–40 °F) ou même moins. Lorsque le test est terminé et que la température remonte, il risque de se former de la condensation sur la plaquette, susceptible d'endommager le circuit sensible.

Intégration OEM

Vaisala propose des solutions efficaces avec une intégration OEM aisée pour surveiller les points de rosée et de givre à l'intérieur des machines utilisées pour tester les puces individuelles après leur séparation de la plaquette par découpe. De petites sondes peuvent être intégrées à l'intérieur d'une chambre d'essai pour fournir des données en temps réel selon les besoins. Le DMT143 est un transmetteur universel capable de gérer une vaste gamme de mesures de –70 °C (–94 °F) à 60 °C (140 °F), et le DMT152 est un transmetteur spécial optimisé pour les conditions ultra-sèches à des températures comprises entre –80 °C (–112 °F) et –20 °C (–4 °F).

 

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