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Semiconductor Manufacturing Technology
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Abstrakte Nahaufnahme eines präzisen Gitters aus kleinen, hellen, kreisförmigen Elementen auf dunklem Hintergrund, die in regelmäßig wiederkehrenden Reihen angeordnet sind und sich räumlich in die Tiefe erstrecken.
Semiconductor Fab Solutions

ZEISS NLX

Inline-3D-Röntgeninspektion für Advanced Packaging

Advanced Packaging bringt das Halbleiterdesign in die dritte Dimension. Komplexe Stapelarchitekturen und dichte Verbindungen ermöglichen immer kleinere Formfaktoren und erweitern die funktionale Leistungsfähigkeit. Gleichzeitig werden diese 3D-Strukturen mit etablierten Verfahren immer schwieriger zu inspizieren und zu kontrollieren. ZEISS NLX bringt die Inline-3D-Röntgenlaminographie auf 300-mm-Wafer-Ebene. Das System ermöglicht volumetrische, zerstörungsfreie Einblicke in innere Strukturen gestapelter Dies, etwa in Micro Bumps und Through Silicon Vias (TSVs). Als automationsfähiges System für Halbleiterfabriken unterstützt NLX® die Integration robuster 3D-Inspektion in bestehende Prozessabläufe – von der frühen Prozessentwicklung bis zur High-Volume-Produktion. 

  • Zerstörungsfreie 3D-Röntgeninspektion von Advanced Packaging Strukturen
  • Konsistente 3D-Bildgebung und -analyse bis an den Wafer-Rand
  • Ausgelegt für Inline-Integration und High-Throughput-Inspektion
  • X-Guard-Dosissteuerung für empfindliche Bereiche
Seiteninhalt
Nahaufnahme eines Halbleiterwafers mit einem dichten Raster aus Mikrochips, das sich wiederholende rechteckige Muster und feine Schaltungsstrukturen über die gesamte Oberfläche zeigt.

Herausforderungen bei der Inspektion von Advanced Packaging

Komplexe 3D-Strukturen erfordern mehr als 2D-Inspektion

Mit kleineren Strukturgrößen und dem Übergang in die dritte Dimension entstehen im Advanced Packaging Mehrlagenarchitekturen, Fine-Pitch-Interconnects und dicht gestapelte Komponenten. Die konventionelle zweidimensionale Röntgeninspektion bleibt für bestimmte Aufgaben zwar relevant, liefert jedoch nur Projektionsdaten und erlaubt nur begrenzte Einblicke in die tatsächliche räumliche Anordnung der Strukturen.

Mit zunehmender Zahl an Schichten und steigender Komplexität wird die Interpretation von Merkmalen und Defekten auf Basis reiner 2D-Projektionen immer schwieriger. Die Scanning Acoustic Microscopy (SAM) kann ausgewählte Anwendungsfälle abdecken, erfordert jedoch Koppelmedien und ist in der Regel weder für die Full-Wafer-Inspektion noch für alle Materialstapel geeignet.

Gleichzeitig müssen Halbleiterfabriken hohe Anforderungen an Durchsatz, Sauberkeit, Automatisierung und Bauteilschutz erfüllen. Daraus entsteht der Bedarf an Inspektionssystemen, die volumetrische Informationen auf Wafer-Ebene liefern und sich zuverlässig in die Halbleiterfertigung integrieren lassen. 

3D-Visualisierung einer mehrschichtigen Gitterstruktur aus zahlreichen kleinen, abgerundeten Elementen, die in dichten, sich wiederholenden Mustern angeordnet sind, dargestellt aus einer leicht erhöhten Perspektive.

Bildgebungskonzept von ZEISS NLX

3D-Röntgenlaminographie für die Wafer-Level-Inspektion

ZEISS NLX ist ein 3D-Röntgenlaminographiesystem für die Inspektion und Metrologie von Advanced Packaging Strukturen auf 300-mm-Wafern. Aus mehreren Projektionen rekonstruiert das System dreidimensionale Volumendaten und macht innere Merkmale zugänglich, ohne die Probe mechanisch zu öffnen oder destruktiv zu präparieren. Quantitative Ergebnisse lassen sich direkt aus dem rekonstruierten Volumen ableiten – sowohl für dimensionsbezogene Messungen als auch für die Defekterkennung.

Gegenüber der konventionellen Computertomographie (CT) bietet die Laminographie entscheidende Vorteile bei flachen, lateral ausgedehnten Proben wie Halbleiterwafern. Das Bildgebungskonzept von NLX® ist darauf ausgelegt, auf solchen Objekten eine sehr hohe Auflösung zu erzielen und zugleich komplexe oberflächennahe sowie gestapelte Strukturen auf Wafer-Ebene zu erfassen. So verbindet das System hohe räumliche Auflösung mit einer Messgeometrie und Aufnahmestrategie, die High-Throughput-Anwendungen im Advanced Packaging unterstützt.

Die Systemarchitektur ist konsequent auf die Anforderungen von Halbleiterfabriken ausgerichtet. Eine proprietäre ZEISS Röntgenquelle und eine dedizierte Beamline werden mit einem mechanischen und optischen Design kombiniert, das auf Empfindlichkeit, Stabilität und Dosiskontrolle optimiert ist. X-Guard ergänzt dieses Konzept durch eine spezielle Abschirmung, die die Röntgenexposition in sensiblen Waferbereichen minimiert und so Schäden vermeidet. NLX® lässt sich als Inline- oder Nearline-System in bestehende Prozessabläufe integrieren und unterstützt die automationsfähige Inspektion direkt auf Wafer-Ebene.

Anwendungsbereiche

ZEISS NLX adressiert Inspektions- und Messtechnikaufgaben, die bei der Kontrolle komplexer 3D-Verbindungen und gestapelter Bauelemente auf Wafer-Ebene entstehen. Das System eignet sich sowohl für Front-End-nahe Entwicklungen im Advanced Packaging als auch für die High-Volume-Produktion etablierter Designs.
Stilisierte Darstellung eines strukturierten Gitters aus verbundenen vertikalen Elementen mit hervorgehobenen Richtungspfeilen sowie einer vergrößerten Ansicht eines Mikroskalen-Arrays auf einer mehrschichtigen Basis.

3D-Messtechnik für Advanced Packaging Strukturen

ZEISS NLX unterstützt die dreidimensionale Metrologie bei Advanced Packaging Wafern. Höhe und Form von Lötpunkten lassen sich in 3D analysieren, um die mechanische Stabilität und ein konsistentes thermisches Verhalten von Packages und Stapeln zu unterstützen. Messungen von Versatz, Overlay und Neigung tragen zur präzisen Ausrichtung der Schichten in High-Bandwidth Memory und anderen gestapelten Bauelementen bei.

Darüber hinaus können Abstände zwischen Dies und Schichten – etwa Chip Gap und verwandte Distanzen – bewertet werden, um das Thermomanagement und die mechanische Robustheit zu optimieren. Diese Messtechnik liefert quantitative Daten für Prozessentwicklung, Monitoring und Optimierung.

Stilisierte Darstellung eines strukturierten Gitters aus verbundenen vertikalen Elementen mit hervorgehobenen Richtungspfeilen sowie einer vergrößerten Ansicht eines Mikrostrukturen-Arrays auf einer mehrschichtigen Basis.

Defektinspektion von Interconnects und Interfaces

Über dimensionsbezogene Messungen hinaus bietet ZEISS NLX zerstörungsfreie 3D-Einblicke für die Defektinspektion von Interconnects im Advanced Packaging. Das System unterstützt die Erkennung von Voids in Micro Bumps und C4-Bumps und macht fehlende oder gebrückte Bumps sichtbar, die die elektrische oder mechanische Integrität beeinträchtigen.

Auch Through Silicon Vias (TSVs) lassen sich auf Hohlräume und Risse untersuchen. Kalte Lötstellen sowie weitere kritische Fehlerbilder in Lötverbindungen und Bonding-Grenzflächen können ebenfalls im rekonstruierten Volumen sichtbar gemacht werden. So lassen sich Defekte in der Tiefe lokalisieren und fehlerhafte Bereiche frühzeitig im Prozessablauf identifizieren.

NLX®-100 und NLX®-100M

ZEISS NLX ist in Konfigurationen verfügbar, die dieselben zentralen Bildgebungs- und Analysefunktionen bieten, sich jedoch im Automatisierungsgrad und im Handling-Konzept unterscheiden.

  • NLX®-100

    Vollautomatisierte Inline-Konfiguration für die High-Volume-Produktion
    NLX 100

    ZEISS NLX-100 ist die vollautomatisierte Inline-Konfiguration des Systems. Sie umfasst das automatisierte Wafer-Loading über ein Equipment Front End Module (EFEM), Alignment-Funktionen sowie die Integration in Fabrikautomatisierungssysteme. NLX®-100 ist für den kontinuierlichen Einsatz in High-Volume-Fertigungsumgebungen ausgelegt, in denen Reproduzierbarkeit, Sauberkeit und stabile Inspektionsprozesse essenziell sind. Das System eignet sich für Halbleiterfabriken, die 3D-Röntgeninspektion als standardisierten Schritt in ihre Advanced Packaging Linien integrieren möchten.

  • NLX®-100M

    Flexible Nearline-Konfiguration
    NLX 100M

    ZEISS NLX-100M bietet dasselbe zentrale Bildgebungskonzept und dieselbe Softwareumgebung, jedoch mit geringerem Automatisierungsgrad. Das System eignet sich besonders für Nearline-Inspektion, Pilot-Lines und Engineering-Aufgaben, bei denen Flexibilität und der Zugang zu detaillierten 3D-Informationen wichtiger sind als maximaler Durchsatz. NLX®-100M ermöglicht Prozess- und Entwicklungsteams die detaillierte Untersuchung von Wafern – mit denselben Rekonstruktions- und Auswerte-Workflows wie beim vollautomatisierten System.

Datenauswertung, Automatisierung und KI

Die Datenauswertung auf dem ZEISS NLX erfolgt mit ZEISS INSPECT X-Ray und vereint 3D-Messtechnik, Defektinspektion und automatisierte Inspektionsabläufe in einer Umgebung. Die Software verknüpft Volumendaten, Analyseroutinen und Inspektionsrezepte, um 3D-Röntgeninformationen in verlässliche Grundlagen für Prozess- und Qualitätsentscheidungen zu überführen.

3D-Visualisierung einer roten Struktur mit grünen Schnittebenen zur statistischen Prozessanalyse.

Statistische Auswertung und Prozessmonitoring

ZEISS INSPECT X-Ray konsolidiert Mess- und Defektdaten über Wafer und Chargen hinweg und stellt sie in statistischen Ansichten dar. Verteilungen lassen sich analysieren, Trends verfolgen und Abweichungen kritischer Parameter über die Zeit erkennen. Auf diese Weise können zufällige Schwankungen von systematischen Verschiebungen unterschieden, aussagekräftige Kontrollgrenzen definiert und Prozessanpassungen anhand quantitativer Daten begründet werden. Im Produktionsalltag unterstützt dies stabilere Prozesse und reduziert das Risiko unbemerkter Verschlechterungen in Advanced Packaging-Prozessschritten.

Mehrere Graustufen-Mikroskopiebilder mit markierten Bereichen und 3D-Visualisierung zur automatisierten, KI-gestützten Defekterkennung.

Automatisierung und KI-gestützte Inspektion

Inspektionsabläufe auf dem ZEISS NLX lassen sich in der Analyseumgebung als Rezepte definieren: Regions of Interest, Aufnahmeeinstellungen, Messaufgaben und Fehlerkriterien werden einmal festgelegt und anschließend konsistent über Wafer und Chargen hinweg ausgeführt. Das standardisiert komplexe 3D-Inspektionen und stellt sicher, dass definierte Inspektionsstrategien einheitlich angewendet werden.

KI-basierte Routinen innerhalb der Plattform heben relevante Strukturen und Defekte in den Volumendaten automatisch hervor und segmentieren sie. Das schafft eine konsistentere Grundlage für Defektentscheidungen, reduziert den Aufwand für die manuelle Prüfung und erleichtert die Übertragung von Inspektionskonzepten auf neue Bauelemente und Prozessvarianten mit minimalem Anpassungsaufwand.

Alles ist denkbar – vieles ist möglich

ZEISS unterstützt Halbleiterhersteller weltweit dabei, stabile Prozesse über den gesamten Lebenszyklus eines Wafers hinweg zu etablieren. Mit der wachsenden Komplexität von Advanced Packaging wird der zuverlässige Einblick in innere Strukturen auf Wafer-Ebene zu einem entscheidenden Faktor für Prozesskontrolle, Yield und die Zeit bis zur Serienreife.

ZEISS NLX ist ein 3D-Röntgenlaminographiesystem für die Inspektion und Metrologie von Advanced Packaging Strukturen auf 300-mm-Wafern. Es bietet zerstörungsfreie Einblicke in innere Merkmale wie Micro Bumps, TSVs und gestapelte Dies und ist für die Inline-Integration sowie für die Wafer-Level-Inspektion mit hohem Durchsatz ausgelegt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich gerne an unsere Expertinnen und Experten.

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