การใช้งานกล้อง SWIR ที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การตรวจสอบแผ่นเวเฟอร์ใต้ผิวหน้าด้วยกล้อง SWIR

เหตุใดซิลิคอนจึงโปร่งใสในช่วงคลื่น SWIR: การเปิดโอกาสให้เกิดการถ่ายภาพแบบไม่ทำลายใต้ผิวหน้า

แผ่นซิลิคอนจะกลายเป็นโปร่งใสทางแสงในช่วงสเปกตรัมอินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR) ที่ความยาวคลื่น 1000–1700 นาโนเมตร เนื่องจากช่องว่างพลังงานของอิเล็กตรอน (bandgap) ประมาณ 1.12 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) โฟตอนในช่วงความยาวคลื่นนี้มีพลังงานไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นอิเล็กตรอนให้ข้ามช่องว่างพลังงานดังกล่าว จึงทำให้สามารถถ่ายภาพโครงสร้างภายในได้อย่างลึกซึ้งและไม่ทำลายวัสดุ — ต่างจากแสงที่มองเห็นได้หรือแสงอินฟราเรดใกล้ (near-infrared) ซึ่งซิลิคอนดูดซับได้อย่างเข้มข้น คุณสมบัตินี้ช่วยให้ทีมการผลิตสามารถมองเห็นข้อบกพร่องภายใน เช่น การผิดรูปของโครงสร้างผลึก (crystal dislocations), กลุ่มสิ่งเจือปน (impurity clusters) และโพรงจุลภาค (micro-voids) ได้โดยไม่จำเป็นต้องตัดตัวอย่างออกเป็นชิ้นส่วน ผลที่ตามมาคือ ปริมาณของเสียจากวัสดุลดลงประมาณ 25% เมื่อเทียบกับวิธีการทดสอบแบบทำลาย (destructive testing) ขณะเดียวกันยังคงรักษาความสมบูรณ์ของแผ่นซิลิคอนไว้สำหรับกระบวนการขั้นตอนต่อไป

ความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุด (1000–1700 นาโนเมตร) สำหรับการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยความคมชัดสูงและไม่ก่อให้เกิดความเสียหาย

การเลือกความยาวคลื่นส่งผลโดยตรงต่อความลึกของการแทรกซึม ความละเอียด และคอนทราสต์ ความยาวคลื่น SWIR ที่สั้นกว่า (1000–1300 นาโนเมตร) ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงกว่า—เหมาะสำหรับตรวจจับรอยร้าวใกล้ผิวที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมโครเมตร—ในขณะที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (1400–1700 นาโนเมตร) สามารถแทรกซึมลึกลงไปในซิลิคอนมวลรวมได้มากขึ้น เพื่อเปิดเผยช่องว่างและรอยแยกใต้ผิวหน้า แถบความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรให้สมดุลที่เหมาะสมที่สุด: ให้คอนทราสต์สูงกว่าระบบแสงที่มองเห็นได้ถึง 4 เท่า สำหรับรอยแตกร้าวจุลภาคและช่องว่าง และไม่ก่อให้เกิดความเครียดจากโฟตอนต่อโครงสร้างระดับนาโนเลย—ต่างจากระบบตรวจสอบด้วยรังสี UV ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้างตาข่าย

การยืนยันจากสถานการณ์จริง: กล้อง SWIR แบบสแกนแนวเส้นที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร สามารถระบุรอยร้าวใต้ผิวหน้าในเวเฟอร์ขนาด 300 มม.

ผู้ผลิตชั้นนำรายหนึ่งได้นำระบบกล้องสแกนแบบไลน์-สแกนในช่วงคลื่น SWIR ที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรมาใช้งานสำหรับการตรวจสอบวัฟเฟอร์ขนาด 300 มม. ด้วยอัตราความเร็วสูง โดยระบบสามารถดำเนินการได้ที่อัตรา 200 วัฟเฟอร์ต่อชั่วโมง และตรวจจับรอยร้าวจุลภาคใต้พื้นผิวที่มีขนาดเล็กถึง 3 ไมโครเมตร ซึ่งเกิดจากความเครียดเชิงความร้อนระหว่างกระบวนการแอนนีลลิ่งอย่างรวดเร็ว ด้วยอัตราการตรวจจับที่เพิ่มขึ้นร้อยละ 90 เมื่อเทียบกับวิธีการตรวจสอบพื้นผิวแบบเดิมที่ใช้เพียงอย่างเดียว ที่สำคัญ ข้อบกพร่องเหล่านี้มองไม่เห็นด้วยเครื่องมือตรวจสอบแบบออปติคัลและแบบเลเซอร์สแคทเทอร์ แต่กลับเป็นสาเหตุของสินค้าคืนจากภาคสนามร้อยละ 37 สำหรับชิปลอจิกขั้นสูง ซึ่งย้ำบทบาทสำคัญของเทคโนโลยี SWIR ในการป้องกันความล้มเหลวแบบแฝงก่อนขั้นตอนการบรรจุหีบห่อ

การตรวจจับข้อบกพร่องจุลภาคโดยใช้การถ่ายภาพด้วยกล้อง SWIR

การเพิ่มความคมชัดสำหรับสิ่งสกปรกและส่วนเบี่ยงเบนของรูปแบบที่มีขนาดเล็กกว่าหนึ่งไมโครเมตรบนชั้นออกไซด์

กล้อง SWIR สามารถตรวจจับสิ่งปนเปื้อนที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมครอน และความเบี่ยงเบนของลวดลายบนชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ได้อย่างแม่นยำเป็นพิเศษ เนื่องจากซิลิคอนยังคงโปร่งใสในช่วงคลื่น 1000–1700 นาโนเมตร การถ่ายภาพแบบ SWIR จึงสามารถจับภาพความผิดปกติของการสะท้อนแสงที่มีคอนทราสต์สูง ซึ่งเกิดจากสิ่งสกปรกที่เป็นอนุภาค ความแปรผันของความหนาฟิล์มบาง และการจัดแนวที่ผิดพลาดในการถ่ายโอนลวดลาย (lithographic misalignments) — ทำให้สามารถมองเห็นรายละเอียดที่เล็กถึง 0.2 ไมครอน ความสามารถแบบไม่ทำลายวัสดุนี้แทนการกัดด้วยสารเคมีเพื่อยืนยันข้อบกพร่องในกระบวนการขั้นตอนแรก (front-end processes) จึงช่วยลดอัตราการทิ้งเวเฟอร์ลงได้ 15–22% ความผิดปกติของชั้นออกไซด์ เช่น การกัดลึกเกินไป (over-etching) หรือการอบแข็งไม่สมบูรณ์ (incomplete hard-bake) จะเปลี่ยนลักษณะเฉพาะของการสะท้อนแสงในบริเวณนั้น ทำให้สามารถระบุข้อบกพร่องแบบเรียลไทม์และแบบออนไลน์ได้โดยไม่รบกวนอัตราการผลิต

การสร้างแผนที่ความเครียดและการดูดซับผ่านความผิดปกติของการสะท้อนแสงที่ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร

ที่ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร กล้อง SWIR สามารถสร้างแผนที่ความเครียดเชิงกลและกราเดียนต์การดูดซับผ่านการวิเคราะห์การสะท้อนแสงเชิงปริมาณ บริเวณที่โครงสร้างผลึกถูกบิดเบือน—เช่น บริเวณรอบสายเชื่อมทองแดงหรือบริเวณรอยต่อของไดอิเล็กทริก—จะกระจายโฟตอนแตกต่างออกไป ส่งผลให้เกิดการลดลงของความเข้มแสงที่วัดได้ 12–18% ในแผนที่การสะท้อนแสง ความผิดปกติเหล่านี้สามารถระบุตำแหน่งของรอยร้าวจุลภาคและปรากฏการณ์การแยกชั้นที่รอยต่อได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น ก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวทางไฟฟ้า นอกจากนี้ ความแปรผันของการดูดซับในไดอิเล็กทริกชนิด low-k ยังเปิดเผยช่องว่างขนาด 3 ไมโครเมตร ทำให้สามารถดำเนินการซ่อมแซมเฉพาะจุดได้ เมื่อเปรียบเทียบกับการทดสอบด้วยความร้อนแบบดั้งเดิม วิธีการนี้สามารถลดการสูญเสียผลผลิตที่เกิดจากปัญหาในการบรรจุภัณฑ์ได้สูงสุดถึง 30%

โซลูชันกล้อง SWIR สำหรับประเมินความสมบูรณ์ของการบรรจุภัณฑ์

พฤติกรรมการส่งผ่านแสงของเรซินอีพอกซีและสารประกอบปิดผนึก (mold compounds) ทำให้สามารถตรวจจับโพรงภายในชั้นปิดผนึกได้

เรซินอีพอกซีและสารประกอบสำหรับขึ้นรูป—ที่ทึบแสงในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้—มีคุณสมบัติในการส่งผ่านแสงบางส่วนในแถบคลื่น SWIR (900–1700 นาโนเมตร) ทำให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างที่ถูกหุ้มอยู่ได้โดยไม่ทำลายตัวอย่าง การถ่ายภาพด้วยคลื่น SWIR สามารถตรวจจับโพรงและชั้นแยกตัว (delamination) ใต้ผิวหน้าได้แม่นยำถึงขนาด 10 ไมโครเมตร ภายในบรรจุภัณฑ์ที่ขึ้นรูปแล้ว โดยอาศัยความแตกต่างของค่าการดูดกลืนแสงเป็นหลัก หากปล่อยให้ข้อบกพร่องเหล่านี้ไม่ได้รับการตรวจพบ จะส่งผลให้ความสามารถในการนำความร้อนเฉพาะจุดลดลงได้สูงสุดถึง 40% ซึ่งเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ และเพิ่มความเสี่ยงต่อปรากฏการณ์ thermal runaway การใช้เทคโนโลยี SWIR ช่วยกำจัดความจำเป็นในการตัดตัวอย่างเพื่อตรวจสอบภาคตัดขวาง (destructive cross-sectioning) จึงรักษาความสมบูรณ์ของตัวอย่างไว้ได้ ขณะเดียวกันก็ให้ผลตอบกลับทันทีเกี่ยวกับคุณภาพของการหุ้ม

การนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมของระบบถ่ายภาพ SWIR แบบ area-scan สำหรับทำแผนที่โพรง (void mapping) ของ underfill ชนิด flip-chip

โรงงานผลิตชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำแห่งหนึ่งได้นำกล้องตรวจจับภาพแบบพื้นที่ (area-scan) ที่ใช้แสงในช่วงคลื่นใกล้อินฟราเรดระยะสั้น (SWIR) ความยาวคลื่น 1200 นาโนเมตร จำนวน 1200 ตัว มาผสานเข้ากับสายการผลิตแบบ flip-chip packaging ซึ่งสามารถตรวจจับช่องว่าง (void) ได้อย่างแม่นยำถึงร้อยละ 99.2 จากชิ้นงานทั้งหมด 5 ล้านชิ้น โดยระบบสามารถสร้างแผนที่การสะท้อนแสงแบบเรียลไทม์ที่ความเร็ว 60 เฟรมต่อวินาที และระบุช่องว่างขนาดจุลภาคในชั้น underfill ผ่านความผิดปกติของการดูดซับแสงเฉพาะจุด ระบบการสร้างแผนที่ช่องว่างอัตโนมัติช่วยลดอัตราความล้มเหลวของวงจรไฟฟ้าลงร้อยละ 34 และเพิ่มอัตราการผลิตเป็นสามเท่าเมื่อเทียบกับการตรวจสอบด้วยเครื่องเอกซเรย์ — ซึ่งได้รับการยืนยันแล้วในรายงานการประเมินมาตรฐานการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ ปี 2023 (2023 Semiconductor Packaging Benchmark Report) ที่สำคัญยิ่งคือ คุณสมบัติของแสง SWIR ที่ไม่ใช่รังสีไอออนิซิง ทำให้ไม่จำเป็นต้องปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยจากรังสี จึงช่วยให้การติดตั้งระบบเป็นไปอย่างคล่องตัวในสภาพแวดล้อมการผลิตปริมาณสูง

การวิเคราะห์การเชื่อมและการเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนด้วยกล้อง SWIR

กล้อง SWIR ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ลวดเชื่อม รอยบัดกรี และตัวนำทองแดงแบบไม่ทำลายได้ โดยอาศัยคุณสมบัติที่ซิลิคอนโปร่งใสต่อแสงในช่วงความยาวคลื่น 1100–1700 นาโนเมตร ซึ่งทำให้สามารถมองเห็นภาพของรอยร้าวจุลภาค โพรงอากาศ (void) และความไม่สม่ำเสมอทางโลหะวิทยาที่อยู่ใต้วัสดุห่อหุ้มที่ทึบแสงได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องถอดชิ้นส่วนออกหรือทำการตัดขวาง ที่ความยาวคลื่น 1450 นาโนเมตร ทองแดงแสดงลักษณะการดูดกลืนแสงที่ชัดเจน ทำให้สามารถระบุความผิดปกติทางความร้อนและโครงสร้างได้แบบเรียลไทม์อย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับวิธีการแบบทำลาย กล้อง SWIR รักษาความสามารถในการทำงานของชิ้นส่วนไว้ได้ ขณะเดียวกันก็ให้ผลตอบสนองทันทีและวัดค่าได้จริงเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของพื้นผิวระหว่างวัสดุ—ซึ่งเป็นตัวชี้วัดสำคัญต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวของอุปกรณ์จ่ายกำลังและเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง เมื่อนำระบบถ่ายภาพ SWIR ไปผสานเข้ากับสายการตรวจสอบอัตโนมัติ จะสามารถจัดประเภทข้อบกพร่องแบบเรียลไทม์ได้ และลดอัตราความล้มเหลวทางไฟฟ้าในขั้นตอนการประกอบสุดท้ายลงอย่างมีนัยสำคัญ

การเลือกกล้อง SWIR ที่เหมาะสม: แบบสแกนแนวเส้น (Line-Scan) เทียบกับแบบสแกนพื้นที่ (Area-Scan) เพื่อประสิทธิภาพในการผลิต

การแลกเปลี่ยนเพื่อสมดุล: อัตราเฟรม ความละเอียด และการผสานรวมปัญญาประดิษฐ์ในการตรวจสอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบความเร็วสูง

การเลือกระหว่างกล้อง SWIR แบบสแกนแนวเส้น (line-scan) กับแบบสแกนพื้นที่ (area-scan) จำเป็นต้องจัดสมดุลระหว่างขีดความสามารถทางเทคนิคกับความสำคัญในการผลิต โดยระบบสแกนแนวเส้นจะจับภาพทีละบรรทัด ซึ่งรองรับอัตราเฟรมสูงมาก (20 kHz) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบแบบต่อเนื่องของวัฟเฟอร์ที่เคลื่อนที่เร็ว—โดยเฉพาะบนสายลำเลียงที่มีความเร็วเกิน 1 เมตร/วินาที ซึ่งให้ปริมาณการผลิต (throughput) สูงกว่ากล้องแบบสแกนพื้นที่ถึง 30% ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติสำหรับชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ปี 2024 ขณะที่กล้องแบบสแกนพื้นที่จะจับภาพเฟรมเต็มในแต่ละครั้ง ทำให้มีความละเอียดเชิงพื้นที่เหนือกว่า (มักต่ำกว่า 10 ไมโครเมตร) ซึ่งมีความสำคัญยิ่งต่อการวิเคราะห์ลักษณะข้อบกพร่องอย่างละเอียด เช่น รูปร่างของรอยแตกขนาดจุลภาคภายใต้แสงที่มีความยาวคลื่น 1500 นาโนเมตร การผสานระบบปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพิ่มมิติใหม่ให้กับการพิจารณา: กระบวนการสแกนแนวเส้นต้องอาศัยอัลกอริธึมเฉพาะเพื่อการต่อบรรทัดแบบเรียลไทม์ (real-time line stitching) ขณะที่ข้อมูลจากกล้องสแกนพื้นที่สามารถใช้สถาปัตยกรรม CNN ที่มีความพร้อมใช้งานสูงกว่า แต่ก็สร้างภาระการประมวลผลที่หนักกว่า เนื่องจากความเร็วและความละเอียดยังคงเป็นสองปัจจัยที่จำกัดซึ่งกันและกันภายใต้ข้อจำกัดปัจจุบันของเซนเซอร์และหน่วยประมวลผล ผู้ผลิตจึงจำเป็นต้องกำหนดลำดับความสำคัญให้กับหนึ่งในสองด้านนี้—คือ ปริมาณการผลิต (throughput) หรือความแม่นยำ (fidelity)—ตามกรณีการใช้งานหลักของตน ไม่ใช่ทั้งสองอย่างพร้อมกัน

พร้อมที่จะเปลี่ยนแปลงกระบวนการตรวจสอบชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ของคุณด้วยกล้อง SWIR ประสิทธิภาพสูงหรือยัง?

กล้อง SWIR เป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง โดยสามารถตรวจจับข้อบกพร่องใต้ผิวหน้าแบบไม่ทำลาย (non-destructive subsurface defect detection) ซึ่งระบบแสงที่มองเห็นได้หรือระบบเอ็กซ์เรย์ใด ๆ ก็ไม่สามารถทำได้เทียบเคียง ด้วยการผสานรวมกล้อง SWIR ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับงานนี้เข้ากับกระบวนการตรวจสอบของคุณ คุณจะสามารถลดอัตราการทิ้งชิ้นงานเสีย (scrap rates) ป้องกันการคืนสินค้าจากภาคสนามที่มีต้นทุนสูง รับรองความสอดคล้องตามมาตรฐานคุณภาพของอุตสาหกรรม และเพิ่มผลผลิตโดยรวมสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีโหนดขั้นสูง

สำหรับกล้อง SWIR ระดับอุตสาหกรรม โซลูชัน ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการตรวจสอบเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ การตรวจสอบความสมบูรณ์ของการบรรจุภัณฑ์ หรือการวิเคราะห์การเชื่อมต่อ (interconnect) ของคุณ หรือเพื่อสร้างระบบภาพแบบบูรณาการอย่างสมบูรณ์พร้อมเลนส์เสริม แหล่งกำเนิดแสง และเครื่องมือวิเคราะห์ด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AI analytics tools) (ตามที่บริษัท HIFLY เสนอ) โปรดร่วมงานกับผู้ให้บริการที่มีความเชี่ยวชาญลึกซึ้งด้านระบบมองเห็นด้วยเครื่องจักร (machine vision) สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ โดยประสบการณ์ 15 ปีของ HIFLY ครอบคลุมการออกแบบกล้องช่วงคลื่น SWIR การผลิตแบบ OEM/ODM แบบครบวงจร และการรวมระบบทั้งระบบสำหรับการตรวจสอบเซมิคอนดักเตอร์—ซึ่งได้รับรองมาตรฐาน ISO 9001:2015 มีการออกแบบที่เข้ากันได้กับห้องสะอาด (cleanroom-compatible designs) และมีทีมวิศวกรเฉพาะทางให้การสนับสนุนอย่างต่อเนื่องสำหรับสายการผลิตปริมาณสูง ติดต่อเราในวันนี้เพื่อรับคำปรึกษาโดยไม่มีภาระผูกพัน การทดสอบตัวอย่างแบบกำหนดเอง หรือเพื่อออกแบบโซลูชันกล้องช่วงคลื่น SWIR ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ของคุณ