忘備録＞半導体関連の品質向上のための検査機業界
半導体関連の品質向上のための検査機業界は、現在、非常に活況を呈しています。これは、半導体の微細化・高集積化が進む中で、より高度な検査技術が求められているためです。
市場の成長
市場規模の拡大: 半導体市場全体の成長に伴い、検査機市場も拡大しています。特に、先端半導体の製造には、より高精度な検査機が必要となるため、検査機市場の成長率は半導体市場全体の成長率を上回ると予想されています。
技術革新の加速: AIや画像処理技術などの進歩により、検査機の性能は飛躍的に向上しています。従来は検出が難しかった微細な欠陥も、AIによる画像解析技術などを活用することで、高精度に検出できるようになっています。
主な課題
検査コストの増大: 半導体の微細化・高集積化に伴い、検査工程が複雑化し、検査時間も長くなる傾向にあります。これにより、検査コストが増大しており、半導体メーカーにとって大きな課題となっています。
人材不足: 検査機の操作やメンテナンスには、高度な専門知識が必要です。しかし、半導体業界全体で人材不足が深刻化しており、検査機業界でも人材確保が課題となっています。
今後の展望
検査技術の高度化: 今後も半導体の微細化・高集積化は進むと予想され、それに伴い、検査技術のさらなる高度化が求められます。AIや量子コンピューティングなどの最新技術を活用した、革新的な検査技術の開発が期待されます。
検査プロセスの効率化: 検査コストの増大に対応するため、検査プロセスの効率化が求められます。検査機の高速化や、検査工程の自動化などが進むと予想されます。
人材育成の強化: 検査機業界の人材不足を解消するため、企業や教育機関による人材育成の取り組みが強化されるでしょう。
半導体検査業界は、主に以下の分類に分けることができます。
1. 検査対象による分類
ウエハー検査：シリコンウエハー上に形成された回路パターンや欠陥を検査します。
チップ検査：ウエハーから切り出された個々のチップ（ダイ）を検査します。
パッケージ検査：チップをパッケージに封止した後の外観や電気的特性を検査します。
プリント基板検査：半導体チップを搭載したプリント基板の回路パターンやはんだ付け状態を検査します。
2. 検査方式による分類
光学式検査：光学顕微鏡やレーザーなどを用いて、表面の形状や欠陥を検査します。
電子ビーム式検査：電子ビームを用いて、微細な回路パターンや内部構造を検査します。
X線式検査：X線を用いて、パッケージ内部の構造や欠陥を検査します。
電気的検査：チップやパッケージの電気的特性を測定し、正常に動作するかを検査します。
3. 検査工程による分類
前工程検査：ウエハー製造工程における検査です。回路パターンの形成状態や欠陥を検査します。
後工程検査：チップを切り出し、パッケージに封止する工程における検査です。チップの電気的特性やパッケージの外観などを検査します。
最終検査：完成した製品の出荷前に、最終的な品質を確認するための検査です。
4. その他の分類
自動検査装置：検査工程を自動化するための装置です。大量生産に対応し、検査効率を向上させます。
マニュアル検査装置：人による目視検査や、顕微鏡などを用いた検査を行うための装置です。特殊な検査や、自動検査では対応できない検査に使用されます。
検査ソフトウェア：検査データを解析し、欠陥の種類や発生原因を特定するためのソフトウェアです。AI技術を活用した高度な解析機能を持つソフトウェアも開発されています。
これらの分類に加え、近年では、検査対象や検査方式を組み合わせた複合的な検査装置も開発されています。例えば、光学式検査と電子ビーム式検査を組み合わせることで、より高精度な検査を実現する装置などが登場しています。
半導体検査は、その複雑さや重要性から、多岐にわたる検査工程と高度な技術が求められる分野です。以下に、主要な検査工程と関連技術について詳しく説明します。
1. ウエハー検査
目的: シリコンウエハー上に形成された回路パターンや欠陥を検査し、歩留まり向上と不良品の流出防止を図る。
主な検査項目:
表面欠陥検査：パーティクル、スクラッチ、異物などの表面上の欠陥を検出
形状測定：回路パターンの寸法や形状を測定し、設計値との差異をチェック
膜厚測定：成膜された薄膜の厚さを測定し、均一性や目標値との差異をチェック
電気特性検査：プロービングテストにより、ウエハー上の回路の電気的特性を測定
主な検査技術:
光学式検査：明視野、暗視野、微分干渉などの光学顕微鏡技術を用いた検査
電子ビーム式検査：SEM（走査型電子顕微鏡）やCD-SEM（測長SEM）を用いた高分解能検査
レーザー散乱式検査：レーザー光を照射し、散乱光を検出することで表面欠陥を検出
X線式検査：X線を用いて、ウエハー内部の構造や欠陥を検査
2. チップ検査
目的: ウエハーから切り出された個々のチップ（ダイ）の電気的特性や機能を検査し、不良品を排除する。
主な検査項目:
電気特性検査：プロービングテストやATE（自動テスト装置）を用いた電気的特性測定
機能検査：チップが設計通りの機能を果たすかを検証
バーンインテスト：高温環境下でチップを動作させ、初期不良を検出
主な検査技術:
ATE（自動テスト装置）：多数のプローブピンを用いて、チップの電気的特性を高速かつ自動的に測定
プロービングテスト：マニュアルまたは半自動で、チップ上の特定のポイントにプローブ針を接触させて電気的特性を測定
機能テスト：チップにテストパターンを入力し、出力結果を検証することで機能を検査
3. パッケージ検査
目的: チップをパッケージに封止した後の外観や電気的特性を検査し、パッケージ不良やチップの破損を検出する。
主な検査項目:
外観検査：パッケージの外観、リードフレームの形状、はんだ付け状態などを検査
電気特性検査：パッケージ全体の電気的特性を測定
リークテスト：パッケージの気密性を検査
X線検査：パッケージ内部の構造や欠陥を検査
主な検査技術:
光学式検査：パッケージ外観の目視検査や、顕微鏡を用いた検査
X線検査：パッケージ内部の透視検査
電気特性検査：ATEや専用の測定器を用いた電気的特性測定
リークテスト：ヘリウムリークディテクターなどを用いた気密性検査
4. プリント基板検査
目的: 半導体チップを搭載したプリント基板の回路パターンやはんだ付け状態を検査し、製造不良を検出する。
主な検査項目:
外観検査：プリント基板の外観、部品実装状態、はんだ付け状態などを検査
電気特性検査：プリント基板全体の電気的特性を測定
機能検査：プリント基板が設計通りの機能を果たすかを検証
主な検査技術:
光学式検査：AOI（自動光学検査）装置を用いた外観検査
X線検査：BGA（Ball Grid Array）などのパッケージ内部の検査
電気特性検査：ICT（In-Circuit Tester）やFCT（Functional Tester）を用いた電気的特性測定や機能検査
5. その他の検査技術
AI活用: AIによる画像解析技術や機械学習を活用することで、検査精度向上や検査時間の短縮が期待されています。
ビッグデータ解析: 検査で得られた大量のデータを解析することで、不良の原因特定や歩留まり向上につなげることができます。
非破壊検査: 製品を破壊せずに内部構造や欠陥を検査する技術です。X線検査や超音波検査などが活用されています。
日本の企業が世界トップクラスのシェアを持つ半導体検査分野は、主に以下の点が挙げられます。
ウエハー検査装置
レーザーテック: 世界シェア約8割を誇るレーザー顕微鏡を用いたウエハー検査装置のリーディングカンパニーです。特に、EUV露光技術に対応した検査装置は、最先端の半導体製造に不可欠であり、高い競争力を有しています。
SCREENホールディングス: 洗浄装置に加えて、ウエハー検査装置も手掛けており、特に、欠陥検査装置の分野で高いシェアを持っています。
マスクブランクス検査装置
レーザーテック: フォtomasクブランクス検査装置でも世界トップシェアを誇ります。EUV露光技術に対応したマスクブランクス検査装置は、同社の強みの一つです。
その他
アドバンテスト: 半導体テスト装置では世界トップクラスのシェアを誇ります。SoCテスターやメモリテスターなど、幅広い製品ラインナップを有しています。
東京精密: プローブカードと呼ばれる、半導体チップの電気特性を検査するための装置で世界トップシェアを誇ります。
これらの企業に加え、日立ハイテクやニコンなども、電子ビーム検査装置や計測・検査装置の分野で高い技術力を有しており、世界市場で存在感を示しています。
昇温脱離技術（TDS: Thermal Desorption Spectroscopy）は、材料表面や内部に吸着または吸収されたガス成分の種類や量を分析する技術であり、半導体製造プロセスにおける汚染物質の検出や材料評価に活用されています。
昇温脱離技術が特に成果を出すと考えられる半導体検査分野は以下の通りです。
ウエハー表面汚染検査
半導体製造プロセスでは、ウエハー表面の清浄度が歩留まりに大きく影響します。昇温脱離技術は、ウエハー表面に吸着した微量な有機物や無機物汚染物質を高感度に検出できるため、洗浄プロセスの評価や汚染源の特定に役立ちます。
材料評価
新材料開発やプロセス改善において、材料内部に含まれるガス成分や不純物の分析は重要です。昇温脱離技術は、材料内部のガス成分を定量的に分析できるため、材料の品質評価や特性評価に貢献します。
プロセスモニタリング
半導体製造プロセスでは、各工程における汚染物質の発生や材料の変化をリアルタイムに監視することが重要です。昇温脱離技術を組み込んだオンラインモニタリングシステムを導入することで、プロセスの異常を早期に検知し、歩留まり向上や品質安定化につなげることができます。
パッケージ信頼性評価
パッケージ内部に含まれる微量な水分やガス成分は、半導体デバイスの信頼性に影響を与える可能性があります。昇温脱離技術は、パッケージ内部のガス成分を高感度に分析できるため、パッケージの信頼性評価や不良解析に役立ちます。
環境モニタリング
クリーンルーム内の空気中の微量な汚染物質は、半導体製造に悪影響を与える可能性があります。昇温脱離技術を用いた高感度な環境モニタリングシステムを導入することで、クリーンルーム内の空気質を管理し、製品の品質向上に貢献できます。
これらの分野に加え、昇温脱離技術は、半導体製造プロセスにおける様々な課題解決に貢献する可能性を秘めています。今後、AIやビッグデータ解析などの技術と組み合わせることで、さらに高度な検査・分析が可能となり、半導体製造の品質向上や効率化に大きく貢献することが期待されます。
昇温脱離技術（TDS）の半導体検査分野への応用について、さらに詳しく解説します。
1. ウエハー表面汚染検査
原理: ウエハー表面を昇温することで、吸着した汚染物質を脱離させ、質量分析計などで検出・定量する。
活用例:
洗浄プロセスの評価：洗浄前後のウエハー表面の汚染物質量を比較し、洗浄効果を評価する。
汚染源の特定：特定の汚染物質の発生源を特定し、汚染対策を講じる。
表面処理プロセスの評価：表面処理前後のウエハー表面状態を比較し、処理効果を評価する。
2. 材料評価
原理: 材料試料を昇温することで、材料内部に含まれるガス成分や不純物を脱離させ、質量分析計などで検出・定量する。
活用例:
新材料の評価：新材料の純度や不純物含有量を評価し、特性との相関を調べる。
プロセス改善：プロセス条件変更による材料内部のガス成分変化を評価し、最適な条件を探索する。
不良解析：不良品から脱離したガス成分を分析し、不良原因を特定する。
3. プロセスモニタリング
原理: 製造装置内に昇温脱離装置を組み込み、プロセス中に発生するガス成分をリアルタイムにモニタリングする。
活用例:
異常検知：プロセス中のガス成分変化を監視し、異常発生を早期に検知する。
プロセス制御：ガス成分情報をフィードバックし、プロセス条件を最適化する。
歩留まり向上：異常発生の未然防止やプロセス最適化により、歩留まりを向上させる。
4. パッケージ信頼性評価
原理: パッケージを昇温し、内部から脱離するガス成分を分析することで、パッケージの気密性や材料の劣化状態を評価する。
活用例:
パッケージの気密性評価：パッケージ内部に微量な水分やガス成分が存在すると、半導体デバイスの信頼性が低下する可能性があるため、気密性を評価することは重要です。
材料の劣化評価：パッケージ材料の劣化により、ガス成分が発生する場合があります。昇温脱離技術により、材料の劣化状態を評価できます。
不良解析：パッケージ不良の原因特定に活用できます。
5. 環境モニタリング
原理: クリーンルーム内の空気をサンプリングし、昇温脱離装置で分析することで、微量な汚染物質を検出・定量する。
活用例:
クリーンルームの空気質管理：汚染物質の発生源を特定し、対策を講じることで、クリーンルーム内の空気質を維持する。
プロセス環境の評価：製造装置周辺の空気質を評価し、プロセスへの影響を把握する。
製品品質向上：クリーンルーム内の汚染物質を低減することで、製品の品質向上につなげる。
昇温脱離技術の今後の展望
高感度化・高速化: さらに微量な汚染物質を検出できる高感度化や、リアルタイムモニタリングに対応できる高速化が求められます。
多成分同時分析: 複数のガス成分を同時に分析できる技術開発が進めば、より効率的な検査・分析が可能になります。
AI・ビッグデータ解析との連携: 昇温脱離スペクトルをAIで解析することで、汚染物質の特定や発生源の推定を自動化し、検査効率を向上させることができます。
例えば、電子科学株式会社は、昇温脱離分析装置（TDS）の開発・製造・販売において、日本国内でトップクラスの企業であり、その技術は半導体検査分野で活用されています。
特に、電子科学のTDSは、独自の加熱方式や高感度な検出技術により、他の分析装置では検出が難しい微量なガス成分を高精度に分析できる点が強みです。この強みを活かし、以下のような半導体検査分野で活用されています。
ウエハー表面汚染検査：ウエハー表面に吸着した微量な有機物や無機物汚染物質を高感度に検出することで、洗浄プロセスの評価や汚染源の特定に貢献しています。
材料評価：新材料開発やプロセス改善において、材料内部に含まれるガス成分や不純物を分析し、材料の品質評価や特性評価に役立てられています。
プロセスモニタリング：製造装置内に組み込んだTDSにより、プロセス中に発生するガス成分をリアルタイムにモニタリングし、異常発生の早期検知やプロセス制御に活用されています。
パッケージ信頼性評価：パッケージ内部から脱離するガス成分を分析することで、パッケージの気密性や材料の劣化状態を評価し、信頼性向上に貢献しています。
また、電子科学は、半導体業界だけでなく、自動車、化学、環境など、様々な分野の企業や研究機関に対してもTDSを提供しており、幅広い分野で材料分析や品質管理に貢献しています。
今後、半導体製造プロセスがますます複雑化・高度化する中で、昇温脱離技術の重要性はさらに高まると予想されます。電子科学は、長年培ってきたTDS技術をさらに進化させ、半導体検査分野をはじめとする様々な分野で、高精度な分析ソリューションを提供し続けることが期待されます。
The inspection machine industry for improving semiconductor-related quality is currently booming. This is because more advanced inspection technology is required as semiconductors become more miniaturized and highly integrated.
Market growth
Market size expansion: The inspection machine market is expanding along with the growth of the semiconductor market as a whole. In particular, the manufacturing of advanced semiconductors requires more accurate inspection machines, so the growth rate of the inspection machine market is expected to exceed the growth rate of the semiconductor market as a whole.
Accelerating technological innovation: Advances in AI and image processing technology have dramatically improved the performance of inspection machines. Even minute defects that were previously difficult to detect can now be detected with high accuracy by utilizing AI image analysis technology.
Major issues
Increasing inspection costs: As semiconductors become more miniaturized and highly integrated, the inspection process tends to become more complex and the inspection time tends to become longer. This has led to increased inspection costs, which is a major issue for semiconductor manufacturers.
Lack of human resources: High level of expertise is required to operate and maintain inspection machines. However, the labor shortage is becoming more serious throughout the semiconductor industry, and securing labor is also an issue in the inspection machine industry.
Future outlook
Advanced inspection technology: Semiconductors are expected to continue to become more miniaturized and highly integrated, which will require further advances in inspection technology. Innovative inspection technologies using the latest technologies such as AI and quantum computing are expected to be developed.
Improved inspection process efficiency: In order to cope with the increase in inspection costs, the efficiency of the inspection process will be required. It is expected that inspection machines will become faster and the inspection process will become more automated.
Strengthened human resource development: In order to resolve the labor shortage in the inspection machine industry, companies and educational institutions will strengthen their efforts to develop human resources.
The semiconductor inspection industry can be mainly divided into the following categories.
Classification by inspection target
Wafer inspection: Inspects the circuit patterns and defects formed on silicon wafers.
Chip inspection: Inspects individual chips (dies) cut from the wafer.
Package inspection: Inspects the appearance and electrical characteristics of the chip after it is sealed in a package.
Printed circuit board inspection: Inspects the circuit patterns and soldering condition of printed circuit boards equipped with semiconductor chips.
Classification by inspection method
Optical inspection: Inspects surface shape and defects using optical microscopes and lasers.
Electron beam inspection: Inspects fine circuit patterns and internal structures using electron beams.
X-ray inspection: Inspects the internal structure and defects of packages using X-rays.
Electrical inspection: Measures the electrical characteristics of chips and packages to check whether they are functioning properly.
Classification by inspection process
Pre-process inspection: Inspection during the wafer manufacturing process. Inspects the formation state and defects of circuit patterns.
Post-process inspection: Inspection during the process of cutting out chips and sealing them in packages. Inspects the electrical characteristics of chips and the appearance of packages.
Final inspection: Inspects the final quality of finished products before shipping.
Other classifications
Automatic inspection equipment: Equipment for automating the inspection process. Compatible with mass production and improves inspection efficiency.
Manual inspection equipment: Equipment for performing visual inspection by humans and inspection using microscopes, etc. Used for special inspections and inspections that cannot be handled by automatic inspection.
Inspection software: Software for analyzing inspection data and identifying the type of defect and its cause. Software with advanced analysis functions using AI technology has also been developed.
In addition to these classifications, in recent years, composite inspection equipment that combines inspection objects and inspection methods has also been developed. For example, equipment that achieves higher accuracy by combining optical inspection and electron beam inspection has appeared.
Due to its complexity and importance, semiconductor inspection is a field that requires a wide range of inspection processes and advanced technologies. Below, we will explain the main inspection processes and related technologies in detail.
Wafer inspection
Purpose: Inspect circuit patterns and defects formed on silicon wafers to improve yield and prevent the outflow of defective products.
Main inspection items:
Surface defect inspection: Detect surface defects such as particles, scratches, and foreign matter
Shape measurement: Measure the dimensions and shape of the circuit pattern and check for differences from the design values
Thickness measurement: Measure the thickness of the thin film formed and check for uniformity and differences from the target values
Electrical property inspection: Measure the electrical properties of the circuits on the wafer by probing tests
Main inspection techniques:
Optical inspection: Inspection using optical microscope techniques such as bright field, dark field, and differential interference
Electron beam inspection: High-resolution inspection using SEM (scanning electron microscope) and CD-SEM (critical dimension SEM)
Laser scattering inspection: Detect surface defects by irradiating with laser light and detecting scattered light
X-ray inspection: Inspect the structure and defects inside the wafer using X-rays
Chip inspection
Purpose: Inspect the electrical properties and functions of individual chips (dies) cut from the wafer to eliminate defective products.
Main inspection items:
Electrical property inspection: Electrical property measurement using probing test or ATE (automatic test equipment)
Functional inspection: Verify that the chip functions as designed
Burn-in test: Operate the chip in a high-temperature environment to detect initial defects
Main inspection techniques:
ATE (automatic test equipment): Uses many probe pins to measure the electrical properties of the chip quickly and automatically
Probing test: Measures electrical properties by manually or semi-automatically contacting a probe needle with a specific point on the chip
Functional test: Inputs a test pattern into the chip and inspects the function by verifying the output results
Package inspection
Purpose: Inspects the appearance and electrical properties of the chip after sealing it in a package to detect package defects and chip damage.
Main inspection items:
Appearance inspection: Inspect the appearance of the package, the shape of the lead frame, the soldering condition, etc.
Electrical property inspection: Measure the electrical properties of the entire package
Leak test: Inspect the airtightness of the package
X-ray inspection: Inspect the internal structure and defects of the package
Main inspection techniques:
Optical inspection: Visual inspection of the package appearance and inspection using a microscope
X-ray inspection: See-through inspection of the inside of the package
Electrical property inspection: Electrical property measurement using ATE or dedicated measuring equipment
Leak test: Airtightness inspection using helium leak detectors, etc.
Printed circuit board inspection
Purpose: Inspect the circuit pattern and soldering condition of printed circuit boards equipped with semiconductor chips to detect manufacturing defects.
Main inspection items:
Appearance inspection: Inspect the appearance of the printed circuit board, the state of component mounting, the state of soldering, etc.
Electrical property inspection: Measure the electrical properties of the entire printed circuit board
Functional inspection: Verify that the printed circuit board functions as designed
Main inspection technologies:
Optical inspection: Appearance inspection using AOI (automated optical inspection) equipment
X-ray inspection: Inspection of the inside of packages such as BGA (ball grid array)
Electrical property inspection: Electrical property measurement and functional inspection using ICT (in-circuit tester) and FCT (functional tester)
Other inspection technologies
AI use: By utilizing AI-based image analysis technology and machine learning, it is expected that inspection accuracy will be improved and inspection time will be shortened.
Big data analysis: By analyzing the large amount of data obtained from inspection, it is possible to identify the cause of defects and improve yield.
Non-destructive inspection: A technology that inspects the internal structure and defects of products without destroying them. X-ray inspection and ultrasonic inspection are used.
The semiconductor inspection field, where Japanese companies have world-class shares, is mainly characterized by the following points.
Wafer inspection equipment
Lasertec: A leading company in wafer inspection equipment using laser microscopes, boasting approximately 80% of the world market share. In particular, inspection equipment compatible with EUV exposure technology is essential for cutting-edge semiconductor manufacturing and has a high competitive edge.
SCREEN Holdings: In addition to cleaning equipment, the company also handles wafer inspection equipment, and has a particularly high share in the field of defect inspection equipment.
Mask blank inspection equipment
Lasertec: Boasts the world's top share in photomask blank inspection equipment. Mask blank inspection equipment compatible with EUV exposure technology is one of the company's strengths.
Other
Advantest: Boasts the world's top share in semiconductor test equipment. Has a wide product lineup, including SoC testers and memory testers.
Tokyo Seimitsu: Boasts the world's top share in equipment called probe cards, which are used to inspect the electrical characteristics of semiconductor chips.
In addition to these companies, Hitachi High-Tech and Nikon also have high technological capabilities in the fields of electron beam inspection equipment and measurement and inspection equipment, and are making their presence felt in the global market.
Thermal desorption spectroscopy (TDS) is a technology that analyzes the type and amount of gas components adsorbed or absorbed on or inside a material, and is used to detect contaminants and evaluate materials in the semiconductor manufacturing process.
The following are semiconductor inspection fields where thermal desorption technology is expected to be particularly effective.
Wafer surface contamination inspection
In the semiconductor manufacturing process, the cleanliness of the wafer surface has a significant impact on the yield. Thermal desorption technology can detect trace amounts of organic and inorganic contaminants adsorbed on the wafer surface with high sensitivity, which is useful for evaluating the cleaning process and identifying the source of contamination.
Material evaluation
Analysis of gas components and impurities contained inside materials is important in new material development and process improvement. Thermal desorption technology can quantitatively analyze gas components inside materials, contributing to material quality evaluation and characteristic evaluation.
Process monitoring
In the semiconductor manufacturing process, it is important to monitor the generation of contaminants and changes in materials in real time at each step. By introducing an online monitoring system incorporating thermal desorption technology, process abnormalities can be detected early, leading to improved yield and stable quality.
Package reliability evaluation
Trace amounts of moisture and gas components contained inside the package can affect the reliability of semiconductor devices. Thermal desorption technology can analyze the gas components inside the package with high sensitivity, making it useful for package reliability evaluation and failure analysis.
Environmental monitoring
Trace amounts of contaminants in the air inside a clean room can have a negative impact on semiconductor manufacturing. By introducing a highly sensitive environmental monitoring system using thermal desorption technology, it is possible to manage the air quality inside the clean room and contribute to improving product quality.
In addition to these fields, thermal desorption technology has the potential to contribute to solving various issues in the semiconductor manufacturing process. In the future, by combining it with technologies such as AI and big data analysis, even more advanced inspection and analysis will be possible, and it is expected to greatly contribute to improving the quality and efficiency of semiconductor manufacturing.
We will explain in more detail the application of thermal desorption technology (TDS) to the semiconductor inspection field.
Wafer surface contamination inspection
Principle: By raising the temperature of the wafer surface, adsorbed contaminants are desorbed and detected and quantified using a mass spectrometer, etc.
Example of use:
Evaluation of cleaning process: Compare the amount of contaminants on the wafer surface before and after cleaning to evaluate the cleaning effect.
Identification of contamination source: Identify the source of a specific contaminant and take measures against contamination.
Evaluation of surface treatment process: Compare the wafer surface condition before and after surface treatment to evaluate the treatment effect.
Material evaluation
Principle: By raising the temperature of the material sample, gas components and impurities contained inside the material are desorbed and detected and quantified using a mass spectrometer, etc.
Example of use:
Evaluation of new materials: Evaluate the purity and impurity content of new materials and examine the correlation with characteristics.
Process improvement: Evaluate the change in gas components inside the material due to changes in process conditions and search for optimal conditions.
Defect analysis: Analyze the gas components desorbed from defective products to identify the cause of defects.
Process monitoring
Principle: A thermal desorption device is installed in the manufacturing equipment to monitor the gas components generated during the process in real time.
Example of use:
Abnormality detection: Monitor changes in gas components during the process and detect abnormalities early.
Process control: Feedback gas component information and optimize process conditions.
Yield improvement: Improve yield by preventing abnormalities and optimizing processes.
Package reliability evaluation
Principle: Evaluate the airtightness of the package and the deterioration state of the material by raising the temperature of the package and analyzing the gas components desorbed from the inside.
Example of use:
Evaluate the airtightness of the package: If there is a trace of moisture or gas components inside the package, it may reduce the reliability of the semiconductor device, so it is important to evaluate the airtightness.
Evaluation of material deterioration: Deterioration of the package material may cause gas components to be generated. Thermal desorption technology can evaluate the deterioration state of the material.
Defect analysis: Can be used to identify the cause of package defects.
Environmental monitoring
Principle: By sampling the air in a clean room and analyzing it with a thermal desorption device, trace amounts of contaminants can be detected and quantified.
Examples of use:
Cleanroom air quality management: Maintain the air quality in the clean room by identifying the source of contaminants and taking measures.
Process environment evaluation: Evaluate the air quality around the manufacturing equipment and understand the impact on the process.
Product quality improvement: Reduce contaminants in the clean room to improve product quality.
Future prospects for thermal desorption technology
High sensitivity and high speed: High sensitivity that can detect even trace amounts of contaminants and high speed that can support real-time monitoring are required.
Simultaneous multi-component analysis: If technology development that can analyze multiple gas components simultaneously progresses, more efficient inspection and analysis will be possible.
Collaboration with AI and big data analysis: By analyzing thermal desorption spectra with AI, it is possible to automate the identification of contaminants and estimation of their source, improving inspection efficiency.
For example, E-SOL Co., Ltd. is one of the leading companies in Japan in the development, manufacture, and sale of thermal desorption analyzers (TDS), and its technology is used in the semiconductor testing field.
In particular, E-SOL's TDS has the advantage of being able to analyze trace gas components with high precision, which is difficult to detect with other analytical instruments, thanks to its unique heating method and highly sensitive detection technology. Taking advantage of this strength, it is used in the following semiconductor testing fields.
Wafer surface contamination inspection: By detecting trace organic and inorganic contaminants adsorbed on the wafer surface with high sensitivity, it contributes to the evaluation of cleaning processes and the identification of contamination sources.
Material evaluation: In the development of new materials and process improvement, gas components and impurities contained inside the material are analyzed, which is useful for evaluating the quality and characteristics of materials.
Process monitoring: By incorporating a TDS into the manufacturing equipment, gas components generated during the process are monitored in real time, and are used for early detection of abnormalities and process control.
Package reliability evaluation: By analyzing gas components desorbed from inside the package, the airtightness of the package and the deterioration state of the material are evaluated, contributing to improving reliability.
In addition, Electonics provides TDS to companies and research institutes in various fields, including the automotive, chemical, and environmental industries, as well as the semiconductor industry, and contributes to material analysis and quality control in a wide range of fields.
As semiconductor manufacturing processes become increasingly complex and advanced in the future, the importance of thermal desorption technology is expected to increase even further. Electonics is expected to continue to evolve the TDS technology it has developed over many years and continue to provide high-precision analytical solutions in various fields, including semiconductor testing.
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