短波红外相机在半导体检测领域的应用

2024/07/11   下载量： 0 次

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应用领域 半导体
检测样本 光电器件
检测项目
参考标准 /

在制造过程中，异物颗粒和缺陷可能出现在晶圆的顶部 、底部、内部或之间。随着晶片厚度的减小,背面缺陷的检测变得越来越重要。缺陷包括被捕获的空气、气穴、微裂纹和其他由光子发射引起的细微特征,找到这些缺陷的位置是很重要的，缺陷起初不会影响芯片的功能，但未来会影响芯片的可靠性。

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半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体都有着巨大的重要性。大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着密切的关联。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。其中，硅是各种半导体材料应用中主要的一种。纯净的硅锭在室温下是透明的，而掺杂型的硅锭在室温下是不透明的，并且随着温度的升高，不透明度也随之升高。但它有一个有趣的特性，就是能够被1200nm以上的光轻易穿透，而短波红外相机的感光范围刚好是900-1700nm，这使得短波红外成为检测半导体材料的品质，硅锭和晶片成品的缺陷或裂纹检测，晶元切割过程中的激光精确对准等方向的御用相机 。

短波红外相机助力半导体“芯”事业
说到半导体，我们很容易联想到芯片，芯片的制造是一个点石成金的过程，它非常的复杂，首先就是对原料硅片的检测，在模板对准、模板缺陷检查，边缘位置键合检查方面，硅检测对于硅和半导体制造商来说是一个具有挑战性的问题。

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在制造过程中，异物颗粒和缺陷可能出现在晶圆的顶部 、底部、内部或之间。随着晶片厚度的减小,背面缺陷的检测变得越来越重要。缺陷包括被捕获的空气、气穴、微裂纹和其他由光子发射引起的细微特征,找到这些缺陷的位置是很重要的，缺陷起初不会影响芯片的功能，但未来会影响芯片的可靠性。

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正面缺陷可以通过目视来检测，背面缺陷就可以利用前文中提到的硅的特性，它在波长大于1200nm时会变得半透明。由于这一特性，InGaAs相机是检测晶圆缺陷的理想方法。
InGaAs相机能够探900nm到1700nm之间的可见光和短波长红外(SWIR)光谱范围内的光。通过使用滤光片，InGaAs相机可以将它们检测的波长范围限制在晶圆是半透明的,对齐和边缘位置键合，这使得它们用于硅片的检验的理想方法。（见图1）

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图1 通过晶圆的光波长

Owl系列相机结合了高灵敏度、大靶面和高速度等优点，能够实现更快的检查速度，它们坚固耐用、紧凑、冷却稳定 ，确保了检测结果的可靠性,这两款相机已经被集成到半导体行业客户的检测系统中。(见图2 ）相机的低噪声和高灵敏度特性允许快速检测Wafer中的缺陷，大大提高质量和可靠性。

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图2 OWL系列相机集成在Wafer的检测系统

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图3 OWL系列相机红外显微成像系统

该系统由OWL系列红外相机，Navitar显微镜头，卤素灯光源及滤光片构成，可以实现0.5x或1x视野的拍摄。


‍‍短波红外相机在太阳能电池缺陷检测的应用


短波红外相机除了能够应用在芯片制造领域，还能用于太阳能光伏面板的检测。

match太阳能电池的预防性维护应用:
短波红外(SWIR)In‍‍‍‍GaAs技术适合直接检测太阳能电池在1.3µm处发出的电致发光，并能够达到毫秒内的快速表征，确保光伏器件能够得到及时的维护。

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图4 从30mA-620mA和50ms-4ms曝光时间的CIGS短波红外相机成像，分辨率320x256


太阳能电池缺陷检测应用:‍‍

短波红外相机不只是能对现有的光伏发电设备进行预防性的维护，还能检测出电池在制造过程中的表征。这就要求其具备快速识别出有缺陷的太阳能电池的能力，这些电池是降低整体效率的罪魁祸首。

在这种情况下，大范围的面板在反向偏置下驱动，并在视频模式下由相机（SWIR或EMCCD）快速扫描。损坏或工作效率较低的电池立即出现，从而可以识别为恢复整体效率而应更换的电池板‍‍。

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图5  30 fps可变电流下太阳能电池板的短波红外相机视频截图


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