В тщательно контролируемых условиях полупроводниковых производственных предприятий, где нанометровые отклонения могут определять успех или неудачу продукта, спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (БИК) стала незаменимой аналитической технологией. Этот неразрушающий метод работает на стыке фотоники и материаловедения, предоставляя беспрецедентное понимание производственных процессов, которые ранее были невидимы для традиционных систем мониторинга.

Основной принцип, лежащий в основе применения полупроводников в NIR, заключается в уникальном взаимодействии фотонов в диапазоне 950-1700 нанометров с различными материалами, используемыми при производстве чипов. Когда NIR-излучение попадает на кремниевые пластины, слои фоторезиста и упаковочные составы, оно генерирует отчетливые спектроскопические сигнатуры на основе молекулярных колебаний и паттернов рассеяния света. Эти сигнатуры служат цифровыми отпечатками, раскрывающими критически важную информацию о составе материала, структурной целостности и завершенности процесса без какого-либо физического контакта, который может повредить хрупкие компоненты.

Таблица 1: Возможности БИК-спектроскопии в обнаружении дефектов пластин

Возможность технологии для обнаружения дефектов пластин представляет собой особый прорыв. Поскольку ближний инфракрасный свет проникает через кремниевые поверхности, он рассеивается в предсказуемых паттернах при встрече с безупречными материалами, но показывает обнаруживаемые аномалии при столкновении с поверхностными дефектами. Продвинутые сенсоры могут идентифицировать частицы размером до 0,1 микрометра и микроскопические царапины, которые ускользнули бы от обнаружения оптическим микроскопом. Этот бесконтактный подход устраняет необходимость в деструктивном поперечном сечении, обеспечивая при этом 100% охват инспекции — ключевое преимущество при обработке пластин, стоимость которых составляет сотни долларов каждая.

В процессах фотолитографии спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIR) преобразовала точность измерения толщины. Эта технология анализирует сложные интерференционные картины, возникающие при отражении света между верхней и нижней границами слоев фоторезиста. Затем сложные алгоритмы вычисляют толщину с точностью ±0,1 микрометра в диапазоне 10-100 микрометров, критическом для современной литографии. Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционными методами эллипсометрии, которые страдали от ±5% человеческой ошибки и требовали физического контакта с образцами.

Таблица 2 : Параметры мониторинга отверждения полимеров

Применение распространяется на этапы упаковки и инкапсуляции, где NIR контролирует процессы отверждения полимеров посредством отслеживания в реальном времени вибраций молекулярных связей. По мере перехода эпоксидных смол из жидкого в твердое состояние их паттерны вибрации связей C-H изменяются предсказуемым образом на определенных длинах волн около 1680 нанометров. Спектроскопические системы обнаруживают эти изменения с точностью лучше 0,8%, что позволяет инженерам выявлять неполное отверждение до того, как модули перейдут на этапы окончательного тестирования.

Таблица 3 : Технические характеристики системы NIR

Внедрение технологии NIR требует преодоления значительных инженерных трудностей. Современные системы включают массивы детекторов из арсенида галлия-индия (InGaAs), обеспечивающие соотношение сигнал/шум свыше 50 000:1, в сочетании с термоэлектрическими системами охлаждения, поддерживающими температурную стабильность в пределах ±0,01°C. Твердотельные цифровые микрозеркальные устройства (DMD) заменяют механические оптические компоненты, устраняя ошибки, вызванные вибрацией, которые могут нарушить точность измерений в производственных условиях.

Внедрение спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона в полупроводниковой промышленности отражает более широкий переход от реактивного контроля качества к проактивной оптимизации процессов. Поскольку размеры элементов чипов продолжают уменьшаться до атомных масштабов, а новые материалы, такие как нитрид галлия и карбид кремния, входят в производство, эта фотонная технология анализа продолжает развиваться для удовлетворения все более строгих производственных требований. Ее неразрушающий характер и возможности в реальном времени делают ее важным компонентом в стремлении к идеальному выходу годной продукции в условиях невероятно высоких стандартов точности современного электронного производства.