光譜學(xué)在半導(dǎo)體領(lǐng)域中的應(yīng)用

光譜學(xué)在半導(dǎo)體領(lǐng)域中的應(yīng)用

VCSEL/薄膜測(cè)量/OES/終點(diǎn)檢測(cè)/激光波長(zhǎng)測(cè)量

VCSEL 的生產(chǎn)和測(cè)試

很多VCSEL制造商和集成商都使用Avantes公司的光譜儀來測(cè)試VCSEL的性能。許多客戶發(fā)現(xiàn)Avantes的光譜儀在VCSEL的許多常規(guī)測(cè)試中可以替代昂貴的光譜分析儀（OSA）。Avantes光譜儀被客戶稱贊的主要優(yōu)勢(shì)包括高分辨率，高靈敏度，高像素?cái)?shù)，軟件易于集成，可以實(shí)現(xiàn)高速測(cè)試。

Wafer Probing By MarTek, Inc. [CC BY-SA 3.0 ],via Wikimedia Commons

圖中顯示了在晶圓加工過程中收集的 VCSEL 光譜的兩個(gè)不同示例。圖A是正常工作的單模 VSCEL 的示例，它僅顯示單個(gè)峰值，而圖B 顯示有缺陷的單模 VSCEL 具有多余的邊模。通過將高速光譜儀整合到晶圓檢測(cè)過程中，VCSEL 制造商可以利用類似于 LED 制造過程中使用的高速分揀和分類技術(shù)來顯著降低成本。

              正常工作的單模激光輸出 (A) 和具有大邊模 (B) 的故障激光器的示例 VCSEL 光譜分布

推薦型號(hào)

AvaSpec-ULS4096CL-EVO

薄膜測(cè)量

薄膜被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，包括半導(dǎo)體、微電子、顯示技術(shù)，當(dāng)然還有光學(xué)元件。雖然薄膜的最終應(yīng)用多種多樣，但都要求在鍍膜過程中精確控制每一個(gè)膜層的厚度。而這個(gè)工作非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@些膜層的厚度不盡相同，通常在1 nm到100 μm之間。精確測(cè)定薄膜厚度的方法之一就是使用光譜儀。

半導(dǎo)體工業(yè)中薄膜的測(cè)量是通過反射或透射測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的，使用基底和涂層材料的已知光學(xué)常數(shù)來計(jì)算理論厚度，然后將其與實(shí)際測(cè)量的厚度進(jìn)行比較。

         薄膜測(cè)量示意圖及膜厚測(cè)試數(shù)據(jù)圖

Avantes將AvaSpec-ULS2048CL-EVO光譜儀應(yīng)用到多個(gè)薄膜測(cè)試中?；诜瓷浜屯干涞谋∧y(cè)量通常在 200-1100 nm 范圍內(nèi)進(jìn)行，適用于 10 nm-50 µm 的涂層。對(duì)于較厚的薄膜測(cè)量，可以使用Avantes 的NIRline 系列儀器。AvaSpec  -NIR256/512-1.7-EVO 及AvaSpec-NIR256/512-1.7-HSC-EVO是常用的近紅外范圍薄膜測(cè)量?jī)x器。

推薦型號(hào)

AvaSpec-ULS2048CL-EVO/ AvaSpec-NIR256/512-1.7-HSC-EVO

等離子體刻蝕工藝中的光學(xué)發(fā)射光譜（OES）監(jiān)測(cè)

等離子體刻蝕是現(xiàn)代電子制造中使用廣泛的技術(shù)之一，尤其是在集成電路 (IC) 和其他類型的微電子產(chǎn)品的制造方面。許多大型 IC包含多達(dá) 400 個(gè)不同的單獨(dú)層，并且要構(gòu)建如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，每一層通常都需要外延生長(zhǎng)和等離子體刻蝕。通過光學(xué)發(fā)射光譜（OES）監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行刻蝕終點(diǎn)監(jiān)測(cè)，IC 制造商可以*自動(dòng)化刻蝕過程，而不必?fù)?dān)心過度刻蝕或刻蝕程度不夠等問題。

荷蘭埃因霍芬理工大學(xué) Richard van de Sanden 教授的等離子體和材料工藝 (PMP) 小組提供示例：在蝕刻過程中收集發(fā)射光譜并通過光纖將其耦合到 Avantes 光譜儀來監(jiān)測(cè) 431nm CH 的譜線。

用于監(jiān)測(cè) CH 含量的蝕刻深度和 431 nm 光譜峰值強(qiáng)度

Avantes 光譜儀在 200-1100 nm 范圍內(nèi)可以配置成多通道組合的方式，分辨率可達(dá)到0.05nm，每個(gè)通道可以設(shè)置不同的積分時(shí)間或信號(hào)平均次數(shù)，并且各個(gè)通道*同步采集。此外，軟件中Store to RAM功能可實(shí)現(xiàn)多通道高速測(cè)量，采樣頻率可達(dá)2200幅光譜/秒。Avantes光譜儀相比于大型掃描型光譜儀價(jià)格更便宜，并且可以提供穩(wěn)定地、采樣速率更快的測(cè)試。

AvaSpec系列多通道光譜儀

終點(diǎn)檢測(cè)

等離子體刻蝕過程中，我們需要關(guān)注何時(shí)停止刻蝕避免下層介質(zhì)受到損傷，導(dǎo)致器件失效，因此，能夠準(zhǔn)確地判定刻蝕終點(diǎn)就顯得尤為重要。OES光譜監(jiān)測(cè)，可作為刻蝕終點(diǎn)檢測(cè)一種有效輔助手段，測(cè)量原理是基于光譜儀對(duì)刻蝕過程中的特征光譜信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)非介入式的測(cè)量又不會(huì)對(duì)刻蝕本身產(chǎn)生干擾。不同物質(zhì)都有其特征發(fā)射光譜，當(dāng)刻蝕材料改變時(shí)可以通過OES光譜的變化來確定薄膜被清除的進(jìn)程，從而進(jìn)行刻蝕終點(diǎn)判別。

（a)系統(tǒng)三維模型圖                (b) 系統(tǒng)實(shí)物

圖片來自：Zhang, J.; Luo, J.; Zou, X.; Chen, J. An Endpoint Detection System for Ion Beam Etching Using Optical Emission Spectroscopy. Micromachines 2022, 13, 259. https://doi.org/10.3390/mi13020259

推薦型號(hào)

AvaSpec-HSC1024*58TEC-EVO

AvaSpec-ULS2048CL-EVO/ AvaSpec-ULS4096CL-EVO

激光波長(zhǎng)測(cè)量

隨著激光在半導(dǎo)體、工業(yè)加工和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，方便快捷的測(cè)量激光器波長(zhǎng)已經(jīng)成為一種迫切的需求。目前測(cè)量激光波長(zhǎng)參數(shù)的儀器大致分為三類，一類是波長(zhǎng)計(jì)，功能簡(jiǎn)單，操作方便，精度也比較高，但是一般只能讀出波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)激光器是多波長(zhǎng)或者光譜較寬時(shí)，測(cè)量有可能不準(zhǔn)確；一類是掃描F-P腔，主要是研究激光器的光譜形狀，一般不給出波長(zhǎng)的絕對(duì)數(shù)值；還有一類就是光譜儀，通過光譜儀，我們可以方便地監(jiān)測(cè)激光的波長(zhǎng)、幅值、半寬值（FWHM）、波峰數(shù)目等參數(shù)隨時(shí)間變化的情況。

AvaSpec-ULS4096CL-EVO高分辨率光譜儀非常適合測(cè)量連續(xù)和脈沖激光的波長(zhǎng)和相對(duì)強(qiáng)度，而且由于探測(cè)器具有9微秒的電子快門功能，因此動(dòng)態(tài)范圍非常大。對(duì)于高功率激光，可選用積分球或余弦校正器來衰減入射光，以避免探測(cè)器飽和。

AvaSpec-ULS4096CL-EVO

關(guān)于我們

北京愛萬提斯科技有限公司作為微型光纖光譜儀制造商，公司總部位于荷蘭Apeldoom，擁有超過2400平方米的總部，研發(fā)中心及標(biāo)準(zhǔn)化工廠，同時(shí)在美國、中國、英國、德國有分公司，在其他35個(gè)國家有46個(gè)專業(yè)的代理商。Avantes公司在為客戶提供定制光譜儀方面擁有將近30年的經(jīng)驗(yàn)，并廣泛的在科研、工業(yè)和OEM領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，這使得Avantes公司可以為客戶提供適合于他們應(yīng)用和研究的解決方案。2007年成立了北京愛萬提斯科技有限公司（Avantes China），2021年成立了上海愛萬提斯科技（Avantes Shanghai）應(yīng)用中心，并在成都建立了辦事處。

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