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LUSI-Q: Laserultraschall zur inline Qualitätssicherung in der Halbleiterindustrie

Foto: JOANNEUM RESEARCH/Kleb

Foto: JOANNEUM RESEARCH/Kleb

Aufgrund der extrem hohen Qualitätsanforderungen in der Halbleiterindustrie sind neben stabilen Prozessen ausgereifte Kontrollkonzepte ein wesentliches Element für die Qualitätssicherung. Trotz umfangreicher Prüfmethoden, die unterschiedlichste physikalische Verfahren anwenden, gibt es Fehler, die schwer erkennbar sind oder nur mit Methoden gefunden werden können, die für eine Produktionsüberwachung nicht geeignet sind.
So können zum Beispiel bei Chips Ansätze für Schichtdelaminationen oder sowie Defekte an der Sägekante oder an der Chipseitenwand nur kaum gefunden werden. Zudem stellt die Detektion von latenten Defekten (wie z. B. Mikrorisse im Substrat), deren Wirkung erst im Betrieb beim Kunden erkennbar wird, eine große Herausforderung dar.
Unerkannte Fehler wirken sich im weiteren Ablauf der Produktions- bzw. Lieferkette negativ aus.

  • Die weitere Verarbeitung von fehlerhaften Chips bindet bzw. verschwendet die Ressourcen von nachfolgenden Prozessschritten (z.B. beim Einbau von Chips ins Package/Gehäuse) und führt dort zu Kosten aufgrund von Ausbeuteverlusten.
  • Werden geschwächte Bauteile an Kunden ausgeliefert, so besteht ein erhöhtes Qualitätsrisiko, das zu Null-Stunden-Ausfällen oder zu verminderter Produktlebensdauer führen kann.Es besteht daher großes Interesse, die beiden oben genannten Fälle zu vermeiden und durch wirksame und kostengünstige Kontrollverfahren abzusichern.

Einige Verfahren zur Prozessüberwachung werden lediglich an Stichproben durchgeführt. Auch wenn dies aufgrund bekannter statistischer Zusammenhänge in den meisten Fällen zur Absicherung eines hohen Qualitätsstandards ausreichend ist, gibt es Fälle, in denen eine 100%-Messung sinnvoll ist. Entscheidend für die Einführung solcher Messungen sind hohe Wirksamkeit und Stabilität, Automatisierung, Digitalisierbarkeit sowie großer Durchsatz und niedrige Gesamtkosten.
Für eine möglichst vollständige Prüfung von Bauteilen mittels berührungsloser inline Sensorik eignet sich die Laserultraschalltechnologie: Diese kann charakteristische Signale liefern, die bei entsprechender – jedoch herausfordernder – Analyse und Interpretation Rückschlüsse auf bestimmte Arten von Anomalien, auch im Inneren des Chips, zulassen.
Ziel des Projekts LUSI-Q ist die Erforschung und Erprobung einer Softsensor-Technologie für die berührungslose, zerstörungsfreie Detektion von mechanischen Anomalien von Chips, basierend auf Laserultraschall (LUS) und statistischer Modellierung zur Signalinterpretation.
Die Softsensor-Technologie soll mittels Proben- und Defektdaten aus der Halbleiterindustrie erforscht und anhand von zwei repräsentativen Use Cases bei Infineon  Villach validiert werden, um einen Funktionsnachweis im Labormaßstab zu erbringen.
Das Projekt soll Erkenntnisse darüber bringen, welche Arten und Ausmaße von latenten bzw. versteckten Defekten  von Chips mit der geplanten Sensortechnologie erkannt werden können und Aussagen über die Performance der Defekt-Erkennung liefern.

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