Wafer Inspection หรือแปลตรงตัวคือ การตรวจสอบเวเฟอร์ หรือแผ่นซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตชิปที่เราใช้กันในปัจจุบัน
แผ่นซิลิคอนวงกลมขนาด 200 มม หรือ 300 มม นั้นถือว่าเป็นรากฐานสำคัญในการผลิตชิปทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็น สมาร์ทโฟน ไอแพด คอมพิวเตอร์ ทีวี หรือแม้กระทั่งเครื่องซักผ้า ปัจจุบันนี้ปฏิเสธไปไม่ได้เลยว่าทุกอย่างล้วนประกอบไปด้วยแผงวงจรควบคุมระบบสั่งการ แม้ว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าของที่บ้านคุณจะเก่าหรือโบราณอย่างไร อย่างน้อยก็จะต้องมีส่วนประกอบของแผงซิลิคอนนี้อยู่ด้วยเป็นแน่นอน
หากเราคิดว่าการตรวจสอบแผ่นซิลิคอนนี้เป็นเรื่องง่ายแล้วละก็ คุณผิดแล้วครับ เพราะว่ากระบวณการผลิตชิปนั้นจะต้องมีการผลิตอยู่ในห้อง Clean room หรือว่าห้องไร้ฝุ่น ซึ่งเรียกว่า มีฝุ่นน้อยมากถึงกับได้เลยทีเดียว โดยมาตรฐานแล้วจะต้องมีระดับที่น้อยกว่า level 5 (เลเวลยิ่งน้อยยิ่งมีฝุ่นน้อยลง) ตัวอย่างเช่น ฝุ่นที่มีขนาดเกิน 1.0 ไมครอน (ปกติผมของเรามีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 50 ไมครอน) ต้องนับได้ไม่เกิน 832 ชิ้นต่ออากาศหนึ่งลูกบาศก์เมตร
การควบคุมปริมาณฝุ่นนี้ ก็เพื่อที่จะไม่ให้มีฝุ่นพวกนี้ลงไปเกาะบนพื้นผิวของซิลิคอนเวเฟอร์ และก่อให้เกิดความเสียหายของชิปที่อยู่ในขั้นตอนกระบวนการผลิต หรือไม่ให้แผ่นซิลิคอนนี้เกิดสกปรกขึ้นก่อนการผลิตด้วยซ้ำไป
แล้วอุปกรณ์ Wafer Inspection นี้ทำงานอย่างไร?
หลักการขั้นพื้นฐานของ Wafer Inspection นี้คือการตรวจสอบ Physical Defect หรือ ความผิดปกติที่จับต้องได้บนตัวแผ่นซิลิคอน
โดย ตัวความผิดปกตินั้นเราสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทหลักๆ
- Random Defects ซึ่งก็คือความผิดปกติที่ไม่สามารถคาดเดาได้ เช่น สิ่งสกปรก สิ่งขีดขวดที่เกิดจากการเคลื่อนย้าย
- Systematic Defects คือ สิ่งผิดปกติ ที่คาดการณ์ได้ ที่เกิดจากขบวนการผลิตเช่น Photolithography mask เป็นรอย หรือการเชื่อม circuit ที่ผิดพลาดบนทุกๆแผ่นซิลิคอน
หลักการง่ายๆของการตรวจสอบก็คือ การถ่ายรูปแผ่นชิปที่อยู่ข้างกันๆ แล้วมาเปรียบเทียบกันนั่นเอง ซึ่งหมายความว่า หากภาพนั้นมีความแตกต่างไม่เหมือนกันแล้วละก็ สิ่งที่แตกต่างกันนั่นละ คือ Defect หรือความผิดปกติของชิปที่ผลิตขึ้นมา
ชิปที่มีความผิดพลาดนั้นมีผลแย่อย่างไร
หากคุณลองคิดง่ายๆ ถ้ามีขั้นตอนการผลิตชิป 100 ขั้นตอน ในแต่ละขั้นตอน คุณมีชิปที่ผิดพลาด 1 ชิ้น หรือแค่ 1% เท่านั้นเองต่อหนึ่งขั้นตอน บนแผ่นซิลิคอนแผ่นหนึ่ง เมื่อเสร็จขบวนการผลิต คุณอาจจะไม่เหลือชิปที่ดีเลยสักชิ้นก็เป็นได้ เนื่องจากว่า ชิปที่เสียตั้งแต่ตอนแรกไม่สามารถนำไปใช้ได้ คุณอาจจะต้องเสียเงินผลิตไปฟรีๆเลยด้วยซ้ำ
นั่นหมายความว่า คุณจะต้องอาจจะต้องลองสุ่มตรวจแผ่นซิลิคอนเปล่าๆที่ไม่ได้แพนเทิร์นชิปอยู่เลยก็เป็นได้ เนื่องจากว่า หากมีฝุ่นแล้วชิปของคุณอาจจะเสียตั้งแต่เริ่มต้นเลย ดูรูปด้านล่าง
แหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกันก็ทำให้ภาพชัดไม่เท่ากัน
- Bright field inspection ใช้แสงที่มี wavelength 193nm เพื่อที่จะค้นหาความผิดปกติ ความผิดปกติจะโชว์ขึ้นมาเป็นสีดำ พื้นหลังสีขาว โดยมีความชัดถึง 30 nm และอาจจะเห็นได้ถึง 10-20nm เลยทีเดียว
- Dark field inspection ใช้หลักการการสะท้อนแสงของวัตถุ เนื่องจากว่าสามารถตรวจสอบได้เร็วกว่าและปริมาณมากกว่า จึงมักจะใช้อยู่ในขบวนการผลิตเป็นส่วนใหญ่ โดยเป็นการสะท้อนของแสงผ่านมุม และมีการใช้หลักการของแสงเข้าช่วย
- Electron-beam inspection ความละเอียดนั้นเพิ่มไปถึง 3nm เนื่องจากว่าอิเล็กตรอนนั้นมีความยาวคลื่นสั้นมากอยู่ในระยะ 1nm แต่ก็มีข้อจำกัดเกี่ยวกับระยะเวลาในการตรวจสอบซึ่งใช้ระยะเวลายาวนาน
- Multi-beam e-beam inspection เพื่อเพิ่มประสิทธิผลหรือปริมาณในการตรวจสอบ จึงมีการนำ แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนหลายๆแห่งมาประกอบกันเพื่อที่จะทำให้ตรวจสอบแผ่นซิลิคอน ชิป ได้เร็วขึ้น
ปรพล
Source: Wafer Inspection System HITACHI
