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。

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。

              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 nm到100 μm之间。精确测定薄膜厚度的方法之一就是使用光谱仪。

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。

         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

等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*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。

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*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。

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。

（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。

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。

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。