滨松红外相机在半导体加工及检测过程中的应用

半导体器件制造是一个复杂的多步骤过程, 包括晶圆制备、前道工序（FEOL）和后道工序（BEOL）。 半导体制造商为了提高良率，在晶圆制备、FEOL和BEOL中引入一系列检测过程，利用红外相机检测晶锭（ingot）是否存在表面冗余物（颗粒污染物/有机污染物等）、机械损伤（划痕/裂痕/狭缝等）、晶格缺陷（位错等）、应力分布不均等方面的缺陷。是否存在杂质、机械损伤、晶格缺陷、应力不均匀。

滨松生产的铟镓砷（InGaAs）材料的红外相机工作在900nm-1700nm波段内，这一范围跨越了近红外700nm-1400nm和SWIR光1400nm-3000nm，在半导体缺陷检测方面有很广泛的应用。滨松红外相机具有高灵敏度、高分辨率、制冷噪声低的特点，主要型号有：

一、利用红外光对半导体材料的穿透能力进行缺陷检测

利用红外光对半导体材料的穿透能力，可以看到芯片中不同层的结构，如下图。

由于InGaAs材料在900nm-1700nm范围内比硅材料的光量子效率高很多，因此InGaAs相机拍摄出来的图像也要比CMOS和CCD相机质量好，成像清晰。

二、通过检测电致发光(EL)检查集成电路上的缺陷

通过红外相机还可以检测集成电路的上的电致发光，这些发光通常由短路过载，反向偏置结的雪崩，栅极氧化层的缺陷引起的。

应用实例一：可见光发光测量（深度制冷CCD相机）

应用实例二：近红外发光测量（InGaAs相机，荧光很弱，制冷）

三、通过检测光致发光 (PL)进行评价

光致发光光谱用于探测材料的电子结构，是一种非接触、无损伤的测试方法。从原理上讲，光照射到样品上，被样品吸收，产生光激发过程。光激发导致材料跃迁到较高的电子态，然后在驰豫过程后释放能量，（光子）回到较低的能级。该过程中的光辐射或者发光就称为光致发光，即PL。

红外相机对半导体材料的光致发光检测，广泛应用于各种评定、鉴定工作中，包括发光材料的缺陷评价、材料表面评价、集成光学电路的无损评价等。

四、光通讯-TOSA模块中光学加工检测

在TOSA模块中，需要光学模块将激光器发出的光会聚到出光口的位置，并且要保证每个激光器发出的光束汇聚后大小一致而且同轴，整个TOSA模块的体积非常小，大约是5*2*10mm的体积，每个镜头大约只有1mm见方的体积。在通过机械手调整光学模块位置时，需要对输出光斑进行检测。激光器使用的波长主要是通讯波段，即近红外波段，所以需要使用红外相机。

五、光通讯-光纤耦合焦点位置检测

光通讯模块在安装光纤接头的时候，为了保证最大的耦合效率，需要先确认输出光束的焦点位置。这个过程需要使用红外相机测试从光纤输出的光斑尺寸，在纵向移动的过程中，当光斑尺寸最小时，此时的位置就是焦点位置。

六、LCD屏中导电小球的检测

在LCD屏生产过程中，屏幕与其他电路之间通过柔性电路板连接，连接处的金手指导电性能对LCD屏的质量和寿命有着至关重要的作用，在新工艺中，为了将LCD屏做到尽量窄，在屏幕周边增加了覆盖层，对屏幕边缘遮光。这部分的覆盖正好遮挡了金手指检测的区域，为了能够继续检测金手指上导电小球的情况，需要使用具有一定穿透能力的红外光进行检测，所以需要使用红外相机。

审核编辑 黄宇