濱松紅外相機(jī)在半導(dǎo)體加工及檢測過程中的應(yīng)用

半導(dǎo)體器件制造是一個復(fù)雜的多步驟過程, 包括晶圓制備、前道工序（FEOL）和后道工序（BEOL）。 半導(dǎo)體制造商為了提高良率，在晶圓制備、FEOL和BEOL中引入一系列檢測過程，利用紅外相機(jī)檢測晶錠（ingot）是否存在表面冗余物（顆粒污染物/有機(jī)污染物等）、機(jī)械損傷（劃痕/裂痕/狹縫等）、晶格缺陷（位錯等）、應(yīng)力分布不均等方面的缺陷。是否存在雜質(zhì)、機(jī)械損傷、晶格缺陷、應(yīng)力不均勻。

濱松生產(chǎn)的銦鎵砷（InGaAs）材料的紅外相機(jī)工作在900nm-1700nm波段內(nèi)，這一范圍跨越了近紅外700nm-1400nm和SWIR光1400nm-3000nm，在半導(dǎo)體缺陷檢測方面有很廣泛的應(yīng)用。濱松紅外相機(jī)具有高靈敏度、高分辨率、制冷噪聲低的特點(diǎn)，主要型號有：

一、利用紅外光對半導(dǎo)體材料的穿透能力進(jìn)行缺陷檢測

利用紅外光對半導(dǎo)體材料的穿透能力，可以看到芯片中不同層的結(jié)構(gòu)，如下圖。

由于InGaAs材料在900nm-1700nm范圍內(nèi)比硅材料的光量子效率高很多，因此InGaAs相機(jī)拍攝出來的圖像也要比CMOS和CCD相機(jī)質(zhì)量好，成像清晰。

二、通過檢測電致發(fā)光(EL)檢查集成電路上的缺陷

通過紅外相機(jī)還可以檢測集成電路的上的電致發(fā)光，這些發(fā)光通常由短路過載，反向偏置結(jié)的雪崩，柵極氧化層的缺陷引起的。

應(yīng)用實(shí)例一：可見光發(fā)光測量（深度制冷CCD相機(jī)）

應(yīng)用實(shí)例二：近紅外發(fā)光測量（InGaAs相機(jī)，熒光很弱，制冷）

三、通過檢測光致發(fā)光 (PL)進(jìn)行評價(jià)

光致發(fā)光光譜用于探測材料的電子結(jié)構(gòu)，是一種非接觸、無損傷的測試方法。從原理上講，光照射到樣品上，被樣品吸收，產(chǎn)生光激發(fā)過程。光激發(fā)導(dǎo)致材料躍遷到較高的電子態(tài)，然后在馳豫過程后釋放能量，（光子）回到較低的能級。該過程中的光輻射或者發(fā)光就稱為光致發(fā)光，即PL。

紅外相機(jī)對半導(dǎo)體材料的光致發(fā)光檢測，廣泛應(yīng)用于各種評定、鑒定工作中，包括發(fā)光材料的缺陷評價(jià)、材料表面評價(jià)、集成光學(xué)電路的無損評價(jià)等。

四、光通訊-TOSA模塊中光學(xué)加工檢測

在TOSA模塊中，需要光學(xué)模塊將激光器發(fā)出的光會聚到出光口的位置，并且要保證每個激光器發(fā)出的光束匯聚后大小一致而且同軸，整個TOSA模塊的體積非常小，大約是5*2*10mm的體積，每個鏡頭大約只有1mm見方的體積。在通過機(jī)械手調(diào)整光學(xué)模塊位置時(shí)，需要對輸出光斑進(jìn)行檢測。激光器使用的波長主要是通訊波段，即近紅外波段，所以需要使用紅外相機(jī)。

五、光通訊-光纖耦合焦點(diǎn)位置檢測

光通訊模塊在安裝光纖接頭的時(shí)候，為了保證最大的耦合效率，需要先確認(rèn)輸出光束的焦點(diǎn)位置。這個過程需要使用紅外相機(jī)測試從光纖輸出的光斑尺寸，在縱向移動的過程中，當(dāng)光斑尺寸最小時(shí)，此時(shí)的位置就是焦點(diǎn)位置。

六、LCD屏中導(dǎo)電小球的檢測

在LCD屏生產(chǎn)過程中，屏幕與其他電路之間通過柔性電路板連接，連接處的金手指導(dǎo)電性能對LCD屏的質(zhì)量和壽命有著至關(guān)重要的作用，在新工藝中，為了將LCD屏做到盡量窄，在屏幕周邊增加了覆蓋層，對屏幕邊緣遮光。這部分的覆蓋正好遮擋了金手指檢測的區(qū)域，為了能夠繼續(xù)檢測金手指上導(dǎo)電小球的情況，需要使用具有一定穿透能力的紅外光進(jìn)行檢測，所以需要使用紅外相機(jī)。

審核編輯黃宇