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光谱学在半导体领域中的应用

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光谱学在半导体领域中的应用

VCSEL/薄膜测量/OES/终点检测/激光波长测量

 

VCSEL 的生产和测试


很多VCSEL制造商和集成商都使用Avantes公司的光谱仪来测试VCSEL的性能。许多客户发现Avantes的光谱仪在VCSEL的许多常规测试中可以替代昂贵的光谱分析仪(OSA)。Avantes光谱仪被客户称赞的主要优势包括高分辨率,高灵敏度,高像素数,软件易于集成,可以实现高速测试。


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

 

图中显示了在晶圆加工过程中收集的 VCSEL 光谱的两个不同示例。图A是正常工作的单模 VSCEL 的示例,它仅显示单个峰值,而图B 显示有缺陷的单模 VSCEL 具有多余的边模。通过将高速光谱仪整合到晶圆检测过程中,VCSEL 制造商可以利用类似于 LED 制造过程中使用的高速分拣和分类技术来显著降低成本。


 

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              正常工作的单模激光输出 (A) 和具有大边模 (B) 的故障激光器的示例 VCSEL 光谱分布

 


推荐型号

AvaSpec-ULS4096CL-EVO

 

 

薄膜测量

 

薄膜被广泛应用于各种行业,包括半导体、微电子、显示技术,当然还有光学元件。虽然薄膜的最终应用多种多样,但都要求在镀膜过程中精确控制每一个膜层的厚度。而这个工作非常具有挑战性,因为这些膜层的厚度不尽相同,通常在1 nm100 μm之间。精确测定薄膜厚度的方法之一就是使用光谱仪。

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半导体工业中薄膜的测量是通过反射或透射测量来实现的,使用基底和涂层材料的已知光学常数来计算理论厚度,然后将其与实际测量的厚度进行比较。

 

Setup 12 ThinFilm measurement.jpg膜厚数据测试图.png

         薄膜测量示意图及膜厚测试数据图


Avantes将AvaSpec-ULS2048CL-EVO光谱仪应用到多个薄膜测试中。基于反射和透射的薄膜测量通常在 200-1100 nm 范围内进行,适用于 10 nm-50 µm 的涂层。对于较厚的薄膜测量,可以使用Avantes 的NIRline 系列仪器。AvaSpec  -NIR256/512-1.7-EVO 及AvaSpec-NIR256/512-1.7-HSC-EVO是常用的近红外范围薄膜测量仪器。


 

推荐型号

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



离子体刻蚀工艺中的光学发射光谱OES)监测

 

等离子体刻蚀是现代电子制造中使用广泛的技术之一,尤其是在集成电路 (IC) 和其他类型的微电子产品的制造方面。许多大型 IC包含多达 400 个不同的单独层,并且要构建如此复杂的结构,每一层通常都需要外延生长和等离子体刻蚀。通过光学发射光谱(OES)监测技术进行刻蚀终点监测,IC 制造商可以完全自动化刻蚀过程,而不必担心过度刻蚀或刻蚀程度不够等问题。

 

荷兰埃因霍芬理工大学 Richard van de Sanden 教授的等离子体和材料工艺 (PMP) 小组提供示例:在蚀刻过程中收集发射光谱并通过光纤将其耦合到 Avantes 光谱仪来监测 431nm CH 的谱线。

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用于监测 CH 含量的蚀刻深度和 431 nm 光谱峰值强度

 

Avantes 光谱仪在 200-1100 nm 范围内可以配置成多通道组合的方式,分辨率可达到0.05nm,每个通道可以设置不同的积分时间或信号平均次数,并且各个通道完全同步采集。此外,软件中Store to RAM功能可实现多通道高速测量,采样频率可达2200幅光谱/秒。Avantes光谱仪相比于大型扫描型光谱仪价格更便宜,并且可以提供稳定地、采样速率更快的测试。

 

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AvaSpec系列多通道光谱仪

 

终点检测


等离子体刻蚀过程中,我们需要关注何时停止刻蚀避免下层介质受到损伤,导致器件失效,因此,能够准确地判定刻蚀终点就显得尤为重要。OES光谱监测,可作为刻蚀终点检测一种有效辅助手段,测量原理是基于光谱仪对刻蚀过程中的特征光谱信号进行实时监测,同时非介入式的测量又不会对刻蚀本身产生干扰。不同物质都有其特征发射光谱,当刻蚀材料改变时可以通过OES光谱的变化来确定薄膜被清除的进程,从而进行刻蚀终点判别。

 

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(a)系统三维模型图                (b) 系统实物

 


图片来自: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


推荐型号

AvaSpec-HSC1024*58TEC-EVO

AvaSpec-ULS2048CL-EVO/ AvaSpec-ULS4096CL-EVO

 

 

激光波长测量


随着激光在半导体、工业加工和医疗等领域的应用越来越广泛,方便快捷的测量激光器波长已经成为一种迫切的需求。目前测量激光波长参数的仪器大致分为三类,一类是波长计,功能简单,操作方便,精度也比较高,但是一般只能读出波长数据,当激光器是多波长或者光谱较宽时,测量有可能不准确;一类是扫描F-P腔,主要是研究激光器的光谱形状,一般不给出波长的绝对数值;还有一类就是光谱仪,通过光谱仪,我们可以方便地监测激光的波长、幅值、半宽值(FWHM)、波峰数目等参数随时间变化的情况。

 

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AvaSpec-ULS4096CL-EVO高分辨率光谱仪非常适合测量连续和脉冲激光的波长和相对强度,而且由于探测器具有9微秒的电子快门功能,因此动态范围非常大。对于高功率激光,可选用积分球或余弦校正器来衰减入射光,以避免探测器饱和。

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AvaSpec-ULS4096CL-EVO

关于我们


北京爱万提斯科技有限公司作为微型光纤光谱仪制造商,公司总部位于荷兰Apeldoom,拥有超过2400平方米的总部,研发中心及标准化工厂,同时在美国、中国、英国、德国有分公司,在其他35个国家有46个专业的代理商。Avantes公司在为客户提供定制光谱仪方面拥有将近30年的经验,并广泛的在科研、工业和OEM领域有着丰富的经验,这使得Avantes公司可以为客户提供适合于他们应用和研究的解决方案。2007年成立了北京爱万提斯科技有限公司(Avantes China),2021年成立了上海爱万提斯科技(Avantes Shanghai)应用中心,并在成都建立了办事处。


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