基于半導體光學薄膜測厚儀技術分享

根據檢測工藝所處的環節，IC集成電路檢測被分為設計驗證、前道量檢測和后道檢測。前道量測、檢測均會用到光學技術和電子束技術，其中光學量測通過分析光的反射、衍射光譜間接進行測量，其優點是速度快、分辨率高、非破壞性。后道檢測工藝是芯片生產線的“質檢員”，根據工藝在封裝環節的前后順序，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、蝕刻終點監控等工藝中。

(一)膜厚測量

半導體集成電路的生產以數十次至數百次的鍍膜、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量和產量，在加工中必須不斷地檢測及控制膜層的厚度。光學薄膜測厚儀是半導體生產流程中必不可少的設備之一，用于對芯片晶圓及相關半導體材料的鍍膜厚度等進行檢測。

半導體光學薄膜測厚儀技術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。

基于光波的干涉現象，光束照射在薄膜表面，由于入射介質、薄膜材料和基底材料具有不同的折射率值和消光系數值，使得光束在透明/半透明薄膜的上下表面發生反射，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度將隨著薄膜的厚度發生變化。通過對干涉光的檢測，結合適當的光學模型即可計算得到薄膜的厚度。

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

圖1：薄膜厚度測量系統配置

(二)終點監控

在基于等離子體的蝕刻工藝中，等離子體監測對工藝控制很重要。晶圓是用光刻技術制造和操作的，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非常具體的厚度。當這些層在晶圓表面被蝕刻時，等離子體監測被用來跟蹤晶圓層的蝕刻，并確定等離子體何時完全蝕刻了一個特定的層并到達下一個層。通過監測等離子體在蝕刻過程中產生的發射線，可以精確跟蹤蝕刻過程。這種終點檢測對于使用基于等離子體的蝕刻工藝的半導體材料生產至關重要。

等離子體監測可以通過靈活的模塊化設置完成，使用高分辨率光譜儀，如海洋光學的HR或Maya2000 Pro系列（后者是檢測UV氣體的一個很好的選擇）。對于模塊化設置，HR光譜儀可以與抗曝光纖相結合，以獲得在等離子體中形成的定性發射數據。從等離子體室中形成的等離子體中獲取定性發射數據。如果需要定量測量，用戶可以增加一個光譜庫來比較數據，并快速識別未知的發射線、峰和波段。

圖2：模塊化的光譜儀設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射。

紫外-可見-近紅外光譜是測量等離子體發射的有力方法，以實現元素分析和基于等離子體過程的精確控制。這些數據說明了模塊化光譜法對等離子體監測的能力。Maya2000 Pro在紫外光下有很好的響應。另外，光譜儀和子系統可以被集成到其他設備中，并與機器學習工具相結合，以實現對等離子體室條件更復雜的控制。

在半導體領域中的光譜應用是海洋光學的未來業務側重點之一。從Ocean Optics更名為Ocean Insight，也是海洋光學從光譜產品生產商轉型為光譜解決方案提供商戰略調整的開始。海洋光學不僅繼續豐富擴充光傳感產品線，且增強支持和服務能力，為需要定制方案的客戶提供量身定制的系統化解決方案和應用指導。作為海洋光學官方授權合作伙伴，愛蛙科技（iFrog Technology）致力于與海洋光學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。

責任編輯：彭菁