基于半導(dǎo)體光學(xué)薄膜測厚儀技術(shù)分享

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

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

(一)膜厚測量

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及控制膜層的厚度。光學(xué)薄膜測厚儀是半導(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。

半導(dǎo)體光學(xué)薄膜測厚儀技術(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，并可直接測試N，K值。光譜反射儀雖然沒有橢偏儀的這些性能，但也能測量數(shù)納米以下的薄膜厚度，測量精度高，而且測量速度較快。

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。通過對干涉光的檢測，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）膜厚儀檢測系統(tǒng)，配置有采樣平臺、UV-VIS反射探頭，配置如下。

圖1：薄膜厚度測量系統(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)測對工藝控制很重要。晶圓是用光刻技術(shù)制造和操作的，蝕刻是這一過程的主要部分，在這一過程中，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)測被用來跟蹤晶圓層的蝕刻，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。通過監(jiān)測等離子體在蝕刻過程中產(chǎn)生的發(fā)射線，可以精確跟蹤蝕刻過程。這種終點(diǎn)檢測對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)測可以通過靈活的模塊化設(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UV氣體的一個(gè)很好的選擇）。對于模塊化設(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)。如果需要定量測量，用戶可以增加一個(gè)光譜庫來比較數(shù)據(jù)，并快速識別未知的發(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量。

圖3：通過真空室窗口測量氬氣等離子體的發(fā)射。

紫外-可見-近紅外光譜是測量等離子體發(fā)射的有力方法，以實(shí)現(xiàn)元素分析和基于等離子體過程的精確控制。這些數(shù)據(jù)說明了模塊化光譜法對等離子體監(jiān)測的能力。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，愛蛙科技（iFrog Technology）致力于與海洋光學(xué)攜手共同幫助客戶面對問題、探索未來課題，為打造量身定制的光譜解決方案而努力。

責(zé)任編輯：彭菁