Kiểm tra wafer là gì?

Việc kiểm tra wafer là quá trình tiến hành thử nghiệm điện khí học trên từng hạt bán dẫn (die) nằm trên wafer. Đầu dò được gắn lên thiết bị kiểm traban ca sau, với các que thăm được làm từ sợi vàng mỏng tang như tóc người, sau đó tiếp xúc trực tiếp với các điểm tiếp xúc (pad) của hạt bán dẫn để đánh giá đặc tính điện tử. Những hạt bán dẫn không đạt tiêu chuẩn sẽ được đánh dấu ngay lập tức. Khi wafer được cắt thành từng hạt bán dẫn độc lập theo từng khu vực tương ứng, những hạt đã được đánh dấu do không đạt chất lượng sẽ bị loại ra khỏi dây chuyền sản xuất. Điều này giúp tránh lãng phí thêm chi phí trong các công đoạn tiếp theo. Quy trình này không chỉ đảm bảo chất lượng mà còn tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

Sau khi quy trình sản xuất wafer hoàn tấtban ca sau, việc kiểm tra wafer là một bước quan trọng không thể thiếu. Đây được xem như bản báo cáo kết quả của toàn bộ quá trình sản xuất wafer. Trong quá trình này, hiệu suất điện và khả năng hoạt động của từng con chip sẽ được đánh giá kỹ lưỡng. Kiểm tra wafer còn được gọi là phân loại chip (die sort) hoặc thử điện trên wafer (wafer sort), giúp xác định những con chip đạt tiêu chuẩn và những con cần loại bỏ.

Trong quá trình kiểm traban ca sau, miếng wafer được giữ cố định trên một bàn hút chân không và được căn chỉnh chính xác với một thiết bị dò thăm mỏng manh. Thiết bị dò thăm này sẽ tiếp xúc trực tiếp với từng pads hàn của chip (hình 4.18). Dưới sự điều khiển của nguồn điện, thiết bị dò thăm sẽ tiến hành kiểm tra mạch và ghi lại kết quả. Số lượng, thứ tự và loại kiểm tra đều được quản lý bởi một chương trình máy tính. Máy kiểm tra được tự động hóa hoàn toàn, vì vậy sau khi thiết bị dò thăm được căn chỉnh với wafer đầu tiên (có thể bằng tay hoặc sử dụng hệ thống thị giác tự động), toàn bộ quá trình kiểm tra có thể diễn ra mà không cần sự hỗ trợ của người vận hành. Một số máy kiểm tra hiện đại còn được trang bị thêm các cảm biến độ chính xác cao để đảm bảo rằng mỗi pads hàn trên wafer đều được tiếp xúc đúng cách. Điều này giúp tăng cường hiệu quả và độ tin cậy trong quá trình kiểm tra. Ngoài ra, trong trường hợp phát hiện bất kỳ vấn đề nào, máy có khả năng tự động báo cáo và phân tích lỗi ngay lập tức, giúp tiết kiệm thời gian cho việc sửa chữa và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Việc kiểm tra có ba mục tiêu chính. Đầu tiênban ca sau, xác định các chip chất lượng trước khi wafer được gửi đến nhà máy đóng gói. Thứ hai, đánh giá các tham số điện học của linh kiện/mạch để đảm bảo hiệu suất ổn định. Các kỹ sư cần theo dõi sự phân bố của các tham số này để duy trì mức độ chất lượng trong quy trình sản xuất. Thứ ba, việc thống kê chip tốt và chip lỗi sẽ cung cấp cho đội ngũ sản xuất wafer một phản hồi toàn diện về hiệu quả công việc. Vị trí của các chip chất lượng và không đạt chuẩn trên wafer sẽ được ghi lại dưới dạng bản đồ wafer trên máy tính. Trước đây, công nghệ cũ đã sử dụng một dấu chấm mực để nhận diện các chip bị lỗi.

Kiểm tra wafer là một trong những phương pháp chính để thống kê tỷ lệ sản phẩm chất lượng của chip. Khi kích thước của chip ngày càng lớn và mật độ tăng caoban ca sau, chi phí kiểm tra wafer cũng trở nên đắt đỏ hơn bao giờ hết. Điều này dẫn đến việc chip cần thời gian dài hơn cho quá trình kiểm tra và đòi hỏi các hệ thống nguồn điện, cơ khí phức tạp hơn cùng với các máy tính hiện đại hơn để thực hiện nhiệm vụ kiểm tra và giám sát kết quả. Hệ thống kiểm tra thị giác cũng trở nên tinh vi và đắt tiền hơn khi kích thước chip mở rộng. Các nhà thiết kế chip được yêu cầu tích hợp các mẫu kiểm tra vào mảng lưu trữ. Trong khi đó, các chuyên gia thiết kế kiểm tra đang nghiên cứu cách tối ưu hóa quy trình kiểm tra để vừa đơn giản vừa hiệu quả, chẳng hạn như sử dụng các chương trình kiểm tra ngắn gọn sau khi đánh giá các thông số chip đạt chuẩn hoặc có thể tiến hành kiểm tra từng hàng chip trên wafer, thậm chí có thể kiểm tra đồng thời nhiều chip cùng lúc. Các kỹ sư cũng đang thử nghiệm những công nghệ mới nhằm giảm thiểu thời gian kiểm tra mà vẫn đảm bảo chất lượng. Một số giải pháp sáng tạo đang được áp dụng như tận dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để dự đoán lỗi dựa trên dữ liệu từ các lần kiểm tra trước đó, từ đó rút ngắn thời gian cần thiết. Đồng thời, họ cũng nghiên cứu việc cải thiện độ nhạy của các cảm biến trong hệ thống kiểm tra thị giác để có thể phát hiện ra các khuyết điểm nhỏ hơn, ngay cả khi chúng ở mức độ vi mô. Tất cả những nỗ lực này đều hướng đến mục tiêu giảm thiểu chi phí mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kiểm tra, giúp ngành công nghiệp bán dẫn trở nên hiệu quả và bền vững hơn trong tương lai.