光譜學在半導體領域中的應用

VCSEL/薄膜測量/OES/終點檢測/激光波長測量

VCSEL 的生產和測試

很多VCSEL制造商和集成商都使用Avantes公司的光譜儀來測試VCSEL的性能。許多客戶發現Avantes的光譜儀在VCSEL的許多常規測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勢包括高分辨率，高靈敏度，高像素數，軟件易于集成，可以實現高速測試。

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 光譜的兩個不同示例。圖A是正常工作的單模 VSCEL 的示例，它僅顯示單個峰值，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

AvaSpec-ULS4096CL-EVO

薄膜測量

薄膜被廣泛應用于各種行業，包括半導體、微電子、顯示技術，當然還有光學元件。雖然薄膜的最終應用多種多樣，但都要求在鍍膜過程中精確控制每一個膜層的厚度。而這個工作非常具有挑戰性，因為這些膜層的厚度不盡相同，通常在1 nm到100 μm之間。精確測定薄膜厚度的方法之一就是使用光譜儀。

半導體工業中薄膜的測量是通過反射或透射測量來實現的，使用基底和涂層材料的已知光學常數來計算理論厚度，然后將其與實際測量的厚度進行比較。

         薄膜測量示意圖及膜厚測試數據圖

Avantes將AvaSpec-ULS2048CL-EVO光譜儀應用到多個薄膜測試中。基于反射和透射的薄膜測量通常在 200-1100 nm 范圍內進行，適用于 10 nm-50 µm 的涂層。對于較厚的薄膜測量，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量儀器。

推薦型號

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

等離子體刻蝕工藝中的光學發射光譜（OES）監測

等離子體刻蝕是現代電子制造中使用廣泛的技術之一，尤其是在集成電路 (IC) 和其他類型的微電子產品的制造方面。許多大型 IC包含多達 400 個不同的單獨層，并且要構建如此復雜的結構，每一層通常都需要外延生長和等離子體刻蝕。通過光學發射光譜（OES）監測技術進行刻蝕終點監測，IC 制造商可以*自動化刻蝕過程，而不必擔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 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射光譜并通過光纖將其耦合到 Avantes 光譜儀來監測 431nm CH 的譜線。

用于監測 CH 含量的蝕刻深度和 431 nm 光譜峰值強度

Avantes 光譜儀在 200-1100 nm 范圍內可以配置成多通道組合的方式，分辨率可達到0.05nm，每個通道可以設置不同的積分時間或信號平均次數，并且各個通道*同步采集。此外，軟件中Store to RAM功能可實現多通道高速測量，采樣頻率可達2200幅光譜/秒。Avantes光譜儀相比于大型掃描型光譜儀價格更便宜，并且可以提供穩定地、采樣速率更快的測試。

AvaSpec系列多通道光譜儀

終點檢測

等離子體刻蝕過程中，我們需要關注何時停止刻蝕避免下層介質受到損傷，導致器件失效，因此，能夠準確地判定刻蝕終點就顯得尤為重要。OES光譜監測，可作為刻蝕終點檢測一種有效輔助手段，測量原理是基于光譜儀對刻蝕過程中的特征光譜信號進行實時監測，同時非介入式的測量又不會對刻蝕本身產生干擾。不同物質都有其特征發射光譜，當刻蝕材料改變時可以通過OES光譜的變化來確定薄膜被清除的進程，從而進行刻蝕終點判別。

（a)系統三維模型圖                (b) 系統實物

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

AvaSpec-HSC1024*58TEC-EVO

AvaSpec-ULS2048CL-EVO/ AvaSpec-ULS4096CL-EVO

激光波長測量

隨著激光在半導體、工業加工和醫療等領域的應用越來越廣泛，方便快捷的測量激光器波長已經成為一種迫切的需求。目前測量激光波長參數的儀器大致分為三類，一類是波長計，功能簡單，操作方便，精度也比較高，但是一般只能讀出波長數據，當激光器是多波長或者光譜較寬時，測量有可能不準確；一類是掃描F-P腔，主要是研究激光器的光譜形狀，一般不給出波長的絕對數值；還有一類就是光譜儀，通過光譜儀，我們可以方便地監測激光的波長、幅值、半寬值（FWHM）、波峰數目等參數隨時間變化的情況。

AvaSpec-ULS4096CL-EVO高分辨率光譜儀非常適合測量連續和脈沖激光的波長和相對強度，而且由于探測器具有9微秒的電子快門功能，因此動態范圍非常大。對于高功率激光，可選用積分球或余弦校正器來衰減入射光，以避免探測器飽和。

AvaSpec-ULS4096CL-EVO

關于我們

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，研發中心及標準化工廠，同時在美國、中國、英國、德國有分公司，在其他35個國家有46個專業的代理商。Avantes公司在為客戶提供定制光譜儀方面擁有將近30年的經驗，并廣泛的在科研、工業和OEM領域有著豐富的經驗，這使得Avantes公司可以為客戶提供適合于他們應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）應用中心，并在成都建立了辦事處。