أخبار التكنولوجيا

اختبارات صناعة كريستال كربيد السيليكون للعيوب الدقيقة



في صناعة نمو بلورات كربيد السيليكون المزدهرة، يتيح الفحص المجهري الصوتي إجراء فحص سريع بنسبة 100% للسبائك، مما يوفر ميزة مهمة في مراقبة الجودة والإنتاج.

لتلبية الطلب المتزايد على بلورات كربيد السيليكون (SiC)، يحتاج العالم إلى إنتاجية أعلى بكثير دون التضحية بالجودة. اليوم، تعتبر بلورات SiC حاسمة في تصنيع الرقائق وأنظمة إلكترونيات الطاقة الأصغر والأسرع والأكثر كفاءة. ومع ذلك، بدون أدوات قياس متقدمة قادرة على اكتشاف العيوب البسيطة على الفور، فإن قطاع زراعة بلورات SiC يعمل بشكل أساسي بشكل أعمى، مما يؤدي إلى عيوب غير مقبولة وخسائر مكلفة في المنتج.

هناك قدر كبير من التعقيد والسرية في زراعة بلورات SiC عالية الجودة، ويستغرق الإنتاج وقتًا طويلاً. يمكن أن يستغرق إنتاج سبيكة بلورية واحدة، تُعرف باسم الكرة، بضعة أسابيع. تتضمن بعض المتغيرات في العملية نوع “البذور” والمسحوق والمعدات المستخدمة بالإضافة إلى درجات الحرارة والمناطق الساخنة المستخدمة لنقل المسحوق في شكل غازي إلى الكرة.

عند التعامل مع التقنيات الجديدة مثل إنتاج بلورات SiC، يظهر منحنى التعلم، مما يستلزم استخدام أدوات قياس متطورة لضمان إنتاج متسق عالي الجودة في جميع مراحل الإنتاج، بدءًا من المواد الخام وحتى المنتج النهائي.

بعد كل شيء، يجب على موردي مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء ضمان موثوقية منتجاتهم؛ لا يمكن لمزارعي الكريستال المخاطرة بأسابيع من العمل مما يؤدي إلى منتجات معيبة؛ ويجب على الشركات المصنعة لأشباه الموصلات تجنب تقطيع الكرات إلى شرائح معيبة تستخدم في تصنيع الرقائق والمركبات الكهربائية والإلكترونيات المتقدمة.

نظرًا لأن صناعة إنتاج كربيد السيليكون لا تزال في مراحلها الناشئة، يجب على أولئك الذين يقودون الابتكار لتحقيق ميزة تنافسية وتقديم منتجات موثوقة وعالية الإنتاجية إجراء اختبار العيوب في جميع مراحل الإنتاج. يصبح استخدام أساليب القياس المتقدمة، مثل الفحص المجهري الصوتي (SAM)، أمرًا ضروريًا لتحديد العيوب والقضاء عليها وتحسين العملية.

إن SAM، وهي طريقة اختبار بالموجات فوق الصوتية غير الغازية وغير المدمرة قادرة على إجراء اختبار عالي السرعة بنسبة 100%، هي بالفعل معيار الصناعة للفحص بنسبة 100% لمكونات أشباه الموصلات لتحديد العيوب داخل الأجهزة الإلكترونية الدقيقة.

“إذا تعذر فحص المنتج النهائي، يصبح من الصعب تحديد العيوب المحتملة في بلورات SiC وتحديد مرحلة العملية التي قد تنشأ فيها المشكلات. يمكن أن تشمل الأسباب المحتملة عيوبًا مادية أو تقلبات في درجات الحرارة أو مشكلات داخل المنطقة الساخنة. يمكن لمعدات القياس المتقدمة مثل SAM أن تساعد مزارعي الكريستال على اكتشاف العيوب والعيوب الدقيقة ورسم خريطة لها [into their process variation] يقول هاري بولو، رئيس شركة OKOS، وهي شركة مصنعة لأنظمة SAM وأنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية غير المدمرة (NDT) ومقرها فيرجينيا: “لتصحيح أي مشاكل في المستقبل”. تخدم الشركة أسواق زراعة بلورات SiC، وتصنيع الرقائق، والإلكترونيات، والفضاء، وتصنيع المعادن/السبائك/المركبات، وأسواق المستخدم النهائي.

يتيح SAM الكشف السريع وعالي الدقة عن عيوب SiC

يعد كربيد السيليكون (SiC) مادة واعدة للغاية للأجهزة الإلكترونية ذات درجات الحرارة العالية والتردد العالي ومتطلبات الطاقة العالية. ومع ذلك، فإن تسويق العديد من الأجهزة الإلكترونية المعتمدة على SiC يواجه تحديات بسبب العديد من العيوب الممتدة.

أحد الاعتبارات الأساسية للاستخدام العملي لأجهزة SiC يتعلق بالتحديات المرتبطة بجودة بلورات رقاقة SiC. أثناء نمو بلورات SiC، تحدث اضطرابات موضعية في التوحيد الهيكلي، مما يؤدي إلى عيوب بلورية مثل أخطاء التراص والخلع. من المعترف به على نطاق واسع أن بعض العيوب لها تأثير ضار على وظائف الجهاز.

لزيادة إنتاجية وموثوقية أجهزة SiC، من المهم تحديد العيوب المحتملة من خلال أنظمة القياس المتقدمة مثل SAM. تسهل التطورات الحديثة في SAM أيضًا اكتشاف عيوب أصغر بكثير مما كان ممكنًا في السابق.

“إن أنظمة SAM المتقدمة تجعل من الممكن الانتقال إلى مستوى أعلى من تحليل الفشل بسبب مستوى الاكتشاف والدقة المتضمنة. في الماضي، كان الهدف هو اكتشاف عيب بحجم 500 ميكرون؛ الآن هو عيب 50 ميكرون. ومع هذا النوع من الاختبارات، يمكننا فحص المواد واكتشاف العيوب التي لم يتم اكتشافها من قبل.

ويبدو أن نظام SAM يعالج واحدًا على الأقل من العناصر التي حددها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) باعتبارها ضرورية للولايات المتحدة لقيادة صناعة تصنيع أشباه الموصلات العالمية مرة أخرى.

يحدد تقرير NIST الأخير بعنوان الفرص الإستراتيجية لتصنيع أشباه الموصلات في الولايات المتحدة 7 تحديات كبرى تحتاج إلى اهتمام حاسم من منظور المقاييس لتحقيق رؤية صناعة أشباه الموصلات العالمية بقيادة الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك، يحدد التقرير 32 عنصرًا للمضي قدمًا تصف الاستراتيجيات المحتملة لمواجهة التحديات.

بالنسبة لأحد التحديات الكبرى، وهو علم القياس المتقدم لتصنيع الإلكترونيات الدقيقة في المستقبل، تجيب SAM بشكل أساسي على أحد عناصر المسار إلى الأمام، وهي “تقنيات سريعة وعالية الدقة وغير مدمرة لتمييز العيوب والشوائب وربطها بالأداء والموثوقية”. “.

المسح المجهري الصوتي

يعمل الفحص المجهري الصوتي (SAM) عن طريق توجيه الصوت المركّز من محول الطاقة إلى نقطة صغيرة على الكائن المستهدف. الصوت الذي يضرب الجسم إما أن يكون مبعثرًا، أو ممتصًا، أو منعكسًا، أو منقولًا. ومن خلال الكشف عن اتجاه النبضات المتفرقة بالإضافة إلى “زمن الرحلة”، يمكن تحديد وجود حد أو جسم بالإضافة إلى المسافة التي تفصله.

لإنتاج صورة، يتم مسح العينات ضوئيًا نقطة بنقطة وسطرًا بسطر. تتراوح أوضاع المسح الضوئي من طرق العرض أحادية الطبقة إلى عمليات المسح الضوئي للدرج والمقاطع العرضية. يمكن أن تتضمن عمليات المسح متعددة الطبقات ما يصل إلى 50 طبقة مستقلة. يمكن استخراج المعلومات الخاصة بالعمق وتطبيقها لإنشاء صور ثنائية وثلاثية الأبعاد يمكن تحليلها للكشف عن العيوب وتوصيفها مثل الشقوق والشوائب والفراغات.

من المحتمل أن يكون لدى الشركات المصنعة الصغيرة ومختبرات الاختبار المستقلة نموذج SAM منضدي يوفر غلاف مسح يزيد عن 300 مم مع سرعة مسح قصوى تبلغ 500 مم/ثانية ودقة وتكرار +/- 5.0 ميكرون. يسمح البرنامج باستخدام البيانات المحفوظة لإعادة مسح البيانات وعرضها وتحليلها فعليًا لإجراء تحليل متزامن في الوقت الفعلي أو مراجعة ما بعد التجميع. في كثير من الأحيان، تُستخدم وحدات الطاولة هذه لتحليل البيانات لتحليل الفشل، وفحص المنتج، ومراقبة الجودة، والبحث والتطوير، والتحقق من صحة العملية، بالإضافة إلى تحديد موثوقية المنتج، ومراقبة الجودة أثناء العملية، وتأهيل البائع.

مع ارتفاع المتطلبات لاستيعاب الاختبار لمستويات أعلى من الإنتاج، غالبًا ما يستخدم مزارعو كريستال SiC ومصنعو رقائق كربيد السيليكون ومصانع أشباه الموصلات نظامًا أكبر مع إمكانية الفحص عالي السرعة. ومع ذلك، يتمثل التحدي في إجراء هذا الفحص بإنتاجية عالية للغاية مع فحص بنسبة 100% لتحديد وإزالة بلورات SiC أو الرقائق المقطعة التي لا تلبي متطلبات الجودة. ويتطلب ذلك معدات أكثر تقدمًا يمكنها فحص عدة طبقات في وقت واحد، غالبًا على قنوات متعددة، ومسح عينات متعددة في صواني المناولة بطريقة آلية لتسريع العملية.

وفقًا لبولو، يمكن أيضًا تصميم SAM خصيصًا ليتم دمجه بالكامل في أنظمة التصنيع كبيرة الحجم. تكتشف تقنيات الفحص المتقدمة العيوب الدقيقة في

كرات SiC ورقائق أشباه الموصلات لفحص جميع المواد بنسبة 100%. لذلك، أصبح بإمكان مزارعي كريستال SiC ومصانع أشباه الموصلات الآن الوصول إلى فحص 100% لكرات SiC والرقائق والألواح والمكونات الفردية في الصواني.

كما أدت التطورات الحديثة في تقنية SAM إلى تحسين سرعات الإنتاجية وإمكانية اكتشاف العيوب بشكل كبير. عندما تكون هناك حاجة إلى إنتاجية عالية لإجراء فحص بنسبة 100%، يتم استخدام أنظمة مسح جسرية مفردة أو مزدوجة فائقة السرعة جنبًا إلى جنب مع محولات الطاقة متعددة الرؤوس التي يمكن استخدامها للمسح في نفس الوقت للحصول على إنتاجية أعلى.

على الرغم من أهمية الجوانب المادية والميكانيكية لإجراء الفحص، يعد البرنامج بالغ الأهمية لتحسين الدقة وتحليل المعلومات لإنتاج عمليات مسح تفصيلية.

تعمل خيارات المسح متعدد المحاور على تمكين عمليات المسح A وB وC، وتتبع الكفاف، والتحليل خارج الخط، وإعادة المسح الافتراضي للرقائق. وينتج عن ذلك فحص داخلي وخارجي دقيق للغاية للعيوب وقياس السماكة عبر برنامج الفحص.

يمكن أن تكون أوضاع البرامج المختلفة بسيطة وسهلة الاستخدام، ومتقدمة للتحليل التفصيلي، أو آلية لمسح الإنتاج. يتوفر أيضًا وضع التحليل دون الاتصال بالإنترنت للمسح الظاهري.

ويقدر بولو أن نموذج OKOS القائم على البرمجيات يمكّنهم من خفض تكاليف اختبار SAM مع تقديم نفس نتائج فحص الجودة. وبالتالي، فإن هذا النوع من المعدات يكون في متناول الجميع حتى في مختبرات اختبار SiC المتواضعة.

يقول بولو: “سيتحرك كل منتج لبلورات SiC ومنتج لرقائق أشباه الموصلات في نهاية المطاف نحو مستوى أعلى من تحليل الفشل بسبب متطلبات الكشف والدقة الصارمة اليوم”. “إن مزايا التكلفة وتوفير الوقت لمعدات SAM تجعل هذا ممكنًا.”

من خلال مختبراتها في سانتا كلارا، كاليفورنيا، وماناساس، فيرجينيا، تقدم OKOS خدمات تحليل واختبار العقود التي تلبي المعايير الصناعية والعسكرية الحالية. كما توفر الخدمة للعملاء القدرة على فحص التكنولوجيا والجدوى قبل الاستثمار في المعدات.

اليوم، بالنسبة لمزارعي كريستال SiC، ومصنعي الرقائق، ومصنعي المكونات الذين يعملون على زيادة الطاقة الإنتاجية لتلبية الطلب العالمي، تقدم SAM أفضل قيمة نظرًا للمستوى الاستثنائي لتفاصيل تحليل العيوب والفشل التي توفرها، مقارنة بالطرق التقليدية. ونتيجة لذلك، تعتبر أنظمة SAM المتقدمة الآن أدوات أساسية في مرافق إنتاج SiC والبحث والتطوير ومختبرات ضمان الجودة.

ظهرت اختبارات صناعة كريستال كربيد السيليكون للعيوب الدقيقة للمرة الأولى على Power Electronics News.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *