Kiểm tra wafer là gì?

Việc kiểm tra wafer là quá trình thực hiện phép đo trên từng hạt chip nhỏ bé nằm trên wafer. Đầu dòbảng tỷ số bóng đá, được trang bị các que thăm (probe) mỏng manh như sợi tóc làm từ vàng, sẽ nhẹ nhàng tiếp xúc với các điểm tiếp xúc (pad) của từng hạt chip để đánh giá đặc tính điện học của nó. Những hạt chip không đạt chuẩn sẽ được đánh dấu ngay lập tức. Sau đó, khi wafer được chia thành từng hạt chip riêng lẻ dựa trên các hạt chip, những hạt có dấu hiệu không đạt sẽ bị loại bỏ và không tiến hành thêm bất kỳ công đoạn sản xuất nào nữa, nhằm tránh làm tăng chi phí sản xuất vô ích. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo chất lượng cho từng sản phẩm cuối cùng.

Sau khi quy trình sản xuất wafer hoàn tấtbảng tỷ số bóng đá, việc kiểm tra wafer là một bước vô cùng quan trọng. Đây được coi như "bản điểm" đánh giá toàn diện chất lượng của quá trình sản xuất wafer. Trong quá trình kiểm tra, mọi thông số điện tử và khả năng hoạt động của từng chip đều được đánh giá kỹ lưỡng. Kiểm tra wafer còn được gọi là phân loại chip (die sort) hoặc kiểm tra điện tử wafer (wafer sort), giúp xác định xem mỗi chip có đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng hay không trước khi tiến hành các bước tiếp theo trong sản xuất.

Trong quá trình kiểm trabảng tỷ số bóng đá, tấm wafer được cố định trên một bàn hút chân không và được căn chỉnh chính xác với một thiết bị đo điện tử mỏng manh. Đầu dò của thiết bị đo sẽ tiếp xúc trực tiếp với từng pad hàn của chip (hình 4.18). Dưới sự dẫn động của nguồn điện, thiết bị đo sẽ thực hiện việc kiểm tra mạch và ghi lại kết quả. Số lượng, thứ tự và loại kiểm tra đều được điều khiển bởi chương trình máy tính. Máy kiểm tra là tự động hóa, do đó sau khi đầu dò được căn chỉnh với tấm wafer đầu tiên (căn chỉnh thủ công 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 kỹ thuật viên.

Việc kiểm tra được thực hiện với ba mục tiêu chính. Đầu tiênbảng tỷ số bóng đá, nó giúp xác định các chip đạt chuẩn trước khi wafer (bán dẫn) được gửi đến nhà máy lắp ráp. Thứ hai, các thông số điện học của linh kiện hoặc mạch sẽ được đánh giá để đảm bảo chất lượng. Các kỹ sư cần theo dõi sự phân bố của các thông số này để duy trì mức độ ổn định trong quy trình sản xuất. Thứ ba, việc thống kê số lượng chip đạt chuẩn và không đạt chuẩn sẽ cung cấp cho đội ngũ sản xuất wafer những phản hồi toàn diện về hiệu suất công việc. Vị trí của chip đạt chuẩn 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 đánh dấu các chip bị lỗi.

Việc kiểm tra wafer là một trong những phương pháp chính để thống kê tỷ lệ sản phẩm tốt của chip. Khi kích thước chip ngày càng lớn hơn và mật độ tăng caobảng tỷ số bóng đá, chi phí cho việc kiểm tra wafer cũng trở nên đắt đỏ hơn. Điều này dẫn đến nhu cầu cần nhiều thời gian thử nghiệm hơn và các hệ thống nguồn điện, cơ khí phức tạp cùng với hệ thống máy tính hiện đại hơn để thực hiện công việc kiểm tra và theo dõi kết quả. Hệ thống kiểm tra bằng thị giác cũng trở nên tinh vi và đắt tiền hơn khi kích thước chip mở rộng. Các kỹ sư thiết kế chip được yêu cầu tích hợp các mẫu kiểm tra vào mảng lưu trữ. Trong khi đó, các chuyên gia về kiểm tra đang tìm cách tối ưu hóa quy trình kiểm tra sao cho đơn giản nhưng vẫn hiệu quả, chẳng hạn như sử dụng các chương trình kiểm tra rút gọn sau khi đánh giá tham số chip đạt tiêu chuẩn, hoặc có thể kiểm tra từng hàng chip trên wafer, thậm chí tiến hành kiểm tra đồng thời nhiều chip cùng lúc. Tuy nhiên, bên cạnh những thách thức về mặt chi phí và độ phức tạp, ngành công nghiệp bán dẫn cũng không ngừng sáng tạo ra các giải pháp mới. Ví dụ, sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) đã mở ra cánh cửa cho việc tự động hóa quy trình kiểm tra, từ đó giảm thiểu sai sót con người và nâng cao hiệu quả tổng thể. Một số nhà nghiên cứu còn đề xuất sử dụng các thuật toán học máy để phân tích dữ liệu từ quá trình kiểm tra, giúp xác định các khu vực yếu kém trong wafer nhanh chóng và chính xác hơn bao giờ hết. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giúp cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, việc áp dụng các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến trong thiết kế wafer cũng góp phần làm giảm chi phí kiểm tra. Ví dụ, sử dụng các lớp mỏng hơn hoặc các kết cấu đặc biệt trên bề mặt wafer có thể giảm bớt yêu cầu về nguồn điện và thiết bị phức tạp trong quá trình thử nghiệm. Đồng thời, sự phát triển của các cảm biến nhạy cảm hơn cũng giúp thu thập thông tin chi tiết hơn về hoạt động của chip trong thời gian thực, từ đó hỗ trợ việc điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Với những tiến bộ không ngừng trong lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật, ngành công nghiệp bán dẫn đang từng bước vượt qua những rào cản về chi phí và hiệu suất để mang đến những sản phẩm chất lượng cao với mức giá hợp lý hơn cho người tiêu dùng toàn cầu.