助力提升芯片質(zhì)量和產(chǎn)量，半導(dǎo)體工藝監(jiān)測(cè)中的光譜應(yīng)用

根據(jù)檢測(cè)工藝所處的環(huán)節(jié)，IC集成電路檢測(cè)被分為設(shè)計(jì)驗(yàn)證、前道量檢測(cè)和后道檢測(cè)。前道量測(cè)、檢測(cè)均會(huì)用到光學(xué)技術(shù)和電子束技術(shù)，其中光學(xué)量測(cè)通過(guò)分析光的反射、衍射光譜間接進(jìn)行測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是速度快、分辨率高、非破壞性。后道檢測(cè)工藝是芯片生產(chǎn)線的“質(zhì)檢員”，根據(jù)工藝在封裝環(huán)節(jié)的前后順序，后道檢測(cè)可以分為CP測(cè)試和FT測(cè)試。

在以上測(cè)試中，光譜儀可以用于膜厚測(cè)量、蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控等工藝中。

(一)膜厚測(cè)量

半導(dǎo)體集成電路的生產(chǎn)以數(shù)十次至數(shù)百次的鍍膜、光刻、蝕刻、去膜、平坦等為主要工序，膜層的厚度、均勻性等直接影響芯片的質(zhì)量和產(chǎn)量，在加工中必須不斷地檢測(cè)及控制膜層的厚度。光學(xué)薄膜測(cè)厚儀是半導(dǎo)體生產(chǎn)流程中必不可少的設(shè)備之一，用于對(duì)芯片晶圓及相關(guān)半導(dǎo)體材料的鍍膜厚度等進(jìn)行檢測(cè)。

半導(dǎo)體光學(xué)薄膜測(cè)厚儀技術(shù)主要有光譜反射儀和橢偏儀兩種。橢偏儀考慮了光的極化，采用P波和S偏振反射光之間的相位差異，適用于非常薄的薄膜，并可直接測(cè)試N，K值。光譜反射儀雖然沒(méi)有橢偏儀的這些性能，但也能測(cè)量數(shù)納米以下的薄膜厚度，測(cè)量精度高，而且測(cè)量速度較快。

基于光波的干涉現(xiàn)象，光束照射在薄膜表面，由于入射介質(zhì)、薄膜材料和基底材料具有不同的折射率值和消光系數(shù)值，使得光束在透明/半透明薄膜的上下表面發(fā)生反射，反射光波相互干涉，從而形成干涉光，這些干涉光在不同相位處的強(qiáng)度將隨著薄膜的厚度發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)干涉光的檢測(cè)，結(jié)合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)模型即可計(jì)算得到薄膜的厚度。

海洋光學(xué)（Ocean Insight）膜厚儀檢測(cè)系統(tǒng)，配置有采樣平臺(tái)、UV-VIS反射探頭，配置如下。

圖1 薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)配置

(二)終點(diǎn)監(jiān)控

在基于等離子體的蝕刻工藝中，等離子體監(jiān)測(cè)對(duì)工藝控制很重要。晶圓是用光刻技術(shù)制造和操作的，蝕刻是這一過(guò)程的主要部分，在這一過(guò)程中，材料可以被分層到一個(gè)非常具體的厚度。當(dāng)這些層在晶圓表面被蝕刻時(shí)，等離子體監(jiān)測(cè)被用來(lái)跟蹤晶圓層的蝕刻，并確定等離子體何時(shí)完全蝕刻了一個(gè)特定的層并到達(dá)下一個(gè)層。通過(guò)監(jiān)測(cè)等離子體在蝕刻過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)射線，可以精確跟蹤蝕刻過(guò)程。這種終點(diǎn)檢測(cè)對(duì)于使用基于等離子體的蝕刻工藝的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)至關(guān)重要。

等離子體監(jiān)測(cè)可以通過(guò)靈活的模塊化設(shè)置完成，使用高分辨率光譜儀，如海洋光學(xué)的HR或Maya2000 Pro系列（后者是檢測(cè)UV氣體的一個(gè)很好的選擇）。對(duì)于模塊化設(shè)置，HR光譜儀可以與抗曝光纖相結(jié)合，以獲得在等離子體中形成的定性發(fā)射數(shù)據(jù)。從等離子體室中形成的等離子體中獲取定性發(fā)射數(shù)據(jù)。如果需要定量測(cè)量，用戶可以增加一個(gè)光譜庫(kù)來(lái)比較數(shù)據(jù)，并快速識(shí)別未知的發(fā)射線、峰和波段。

圖2 模塊化的光譜儀設(shè)置可以配置為真空室中的等離子體測(cè)量

圖3 通過(guò)真空室窗口測(cè)量氬氣等離子體的發(fā)射

紫外-可見(jiàn)-近紅外光譜是測(cè)量等離子體發(fā)射的有力方法，以實(shí)現(xiàn)元素分析和基于等離子體過(guò)程的精確控制。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了模塊化光譜法對(duì)等離子體監(jiān)測(cè)的能力。Maya2000 Pro在紫外光下有很好的響應(yīng)。另外，光譜儀和子系統(tǒng)可以被集成到其他設(shè)備中，并與機(jī)器學(xué)習(xí)工具相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體室條件更復(fù)雜的控制。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域中的光譜應(yīng)用是海洋光學(xué)的未來(lái)業(yè)務(wù)側(cè)重點(diǎn)之一。從Ocean Optics更名為Ocean Insight，也是海洋光學(xué)從光譜產(chǎn)品生產(chǎn)商轉(zhuǎn)型為光譜解決方案提供商戰(zhàn)略調(diào)整的開(kāi)始。海洋光學(xué)不僅繼續(xù)豐富擴(kuò)充光傳感產(chǎn)品線，且增強(qiáng)支持和服務(wù)能力，為需要定制方案的客戶提供量身定制的系統(tǒng)化解決方案和應(yīng)用指導(dǎo)。作為海洋光學(xué)官方授權(quán)合作伙伴，愛(ài)蛙科技（iFrog Technology）致力于與海洋光學(xué)攜手共同幫助客戶面對(duì)問(wèn)題、探索未來(lái)課題，為打造量身定制的光譜解決方案而努力。

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