NASA 用于登月的阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)（AGC）于20世紀(jì)60年代制造，當(dāng)時(shí)耗資約1.5 億美元（按今日幣值計(jì)算約為10億美元）。它的體積大約相當(dāng)于一臺(tái)微波爐，重量約為32公斤。

如今，一款頂配的iPhone 15售價(jià)1600美元，可以輕松握在手中。而且，就每秒可執(zhí)行的運(yùn)算數(shù)量而言，這款iPhone的性能比AGC強(qiáng)大約2億倍。

英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾曾預(yù)測(cè)微處理器性能會(huì)提升。他提出，微芯片上的晶體管數(shù)量大約每?jī)赡陼?huì)翻一番。而此處提到的對(duì)比也凸顯了摩爾定律的一個(gè)重要推論，有時(shí)被稱為摩爾第二定律。即，單位美元所能買到的微處理器性能也會(huì)隨時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

摩爾第一定律和第二定律都經(jīng)住了時(shí)間的考驗(yàn)，因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)一直在同時(shí)努力實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的目標(biāo)。一是讓電路元件和組件變得更小。第二是不斷降低成本。

半導(dǎo)體制造的一個(gè)關(guān)鍵成本因素是良率，而影響良率的一個(gè)重要因素是生產(chǎn)環(huán)境中的缺陷和污染物。為了減少缺陷，制造商在設(shè)備方面投入了大量資金，例如，打造無(wú)塵室環(huán)境，從源頭就防止污染。此外，他們還部署了先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，用于探測(cè)缺陷并最大限度地減少由已發(fā)生缺陷產(chǎn)生的影響，從而確保最佳良率和成本效率。

晶圓檢測(cè)中的激光技術(shù)

激光是半導(dǎo)體檢測(cè)的理想手段，因?yàn)樗�是一種非接觸式方法，兼具無(wú)與倫比的靈敏度和速度。此外，激光具有高度通用性，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可執(zhí)行各種不同的檢測(cè)任務(wù)。

因此，從微電子工業(yè)早期開(kāi)始，激光就被用于檢測(cè)。20世紀(jì)60年代末，激光技術(shù)剛投入市場(chǎng)后不久，就已被用于測(cè)量晶圓平整度和厚度等計(jì)量任務(wù)。

20 世紀(jì) 80 年代，隨著半導(dǎo)體器件變得更小、更復(fù)雜，業(yè)界開(kāi)始采用其他基于激光的檢測(cè)方法。這類檢測(cè)方法將激光束對(duì)準(zhǔn)晶圓表面，并分析返回的光用以檢測(cè)缺陷，比如Particle、劃痕和圖案偏差。這一時(shí)期見(jiàn)證了更復(fù)雜的激光檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展，這些系統(tǒng)能夠檢測(cè)越來(lái)越小的缺陷，這對(duì)高質(zhì)量的半導(dǎo)體制造來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

在接下來(lái)的幾十年里，隨著散射測(cè)量法和其他先進(jìn)計(jì)量技術(shù)的引入，基于激光的檢測(cè)方法取得了重大進(jìn)步。散射測(cè)量法采用激光分析從晶圓表面反射的光模式，從而能夠檢測(cè)到以前無(wú)法探測(cè)到的細(xì)微缺陷。

為何集成電路小型化

給檢測(cè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)

隨著每一代芯片的演進(jìn)，晶圓檢測(cè)變得越來(lái)越關(guān)鍵且更具挑戰(zhàn)性。隨著工藝節(jié)點(diǎn)尺寸的減小，芯片架構(gòu)變得更加復(fù)雜，包括引入新型材料，以及更小、更精密的特征。這些進(jìn)步拓展了性能邊界，卻也為新型缺陷的產(chǎn)生創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。工作在這么小的尺度下，即使是晶圓上最微小的缺陷也可能導(dǎo)致芯片功能失效。

因此，制造商必須在每個(gè)工藝步驟后做嚴(yán)格的檢測(cè)，以便盡早發(fā)現(xiàn)缺陷。執(zhí)行這些檢測(cè)有助于優(yōu)化良率（每片晶圓的可用芯片）、吞吐率（生產(chǎn)速度）以及最終的盈利能力。

更小的電路特征尺寸顯著增加了檢測(cè)需求，采用激光檢測(cè)技術(shù)通常是最好的方案。

這里需要理解的一個(gè)關(guān)鍵概念是，要挑戰(zhàn)缺陷檢測(cè)的極限，需要使用波長(zhǎng)更短的激光。這是因?yàn)椋瑢?duì)于待檢測(cè)的電路特征或缺陷，光散射的效率取決于光波長(zhǎng)與其尺寸之間的相互關(guān)系。當(dāng)特性尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)時(shí)，散射效率會(huì)降低，這些特性或缺陷發(fā)出的信號(hào)會(huì)減弱。這意味著無(wú)法檢測(cè)到缺陷，至少在大批量半導(dǎo)體制造的相關(guān)工藝時(shí)間范圍內(nèi)無(wú)法檢測(cè)到。

由于光散射和缺陷尺寸之間的關(guān)系，需要使用波長(zhǎng)更短的激光來(lái)檢測(cè)更小的缺陷。目前，266納米波長(zhǎng)的激光被用于執(zhí)行最嚴(yán)苛的晶圓檢測(cè)任務(wù)。

二十年前，當(dāng)晶體管尺寸為110 nm或更大時(shí)，可見(jiàn)光波段綠光激光器（532 nm）和紫外（UV）激光器足以勝任缺陷檢測(cè)。隨著電路特征尺寸縮小，需要使用波長(zhǎng)更短的激光來(lái)檢測(cè)越來(lái)越小的缺陷。這種轉(zhuǎn)變推動(dòng)了行業(yè)向深紫外（DUV）激光方案發(fā)展。

Coherent高意在2002年推出了開(kāi)創(chuàng)性的Azure激光器（266 nm）來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。該激光器利用光泵浦半導(dǎo)體 (OPS) 技術(shù)產(chǎn)生綠光，然后通過(guò)倍頻技術(shù)輸出深紫外光（266納米）。 

Azure 激光器能夠輸出單色且頻率穩(wěn)定的連續(xù)波（CW）。憑借其波長(zhǎng)范圍窄、功率高、噪聲低、極高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，Azure 激光器能夠高速可靠地檢測(cè)出微小缺陷，滿足高吞吐率半導(dǎo)體制造的要求。

Coherent 高意能夠制造出高性能、高壽命、高可靠性的深紫外激光器并因此脫穎而出。之所以能做到這一點(diǎn)，有以下原因：

首先，我們自行生產(chǎn)非線性晶體。激光工作在深紫外波段，需要使用制造精度極高的高質(zhì)量晶體。為滿足倍頻晶體所需的品質(zhì)水平，我們唯一的選擇是自己生產(chǎn)。

其次，我們?cè)诩す馄鲀?nèi)部的光學(xué)底座上采用了專利PermAlign結(jié)構(gòu)。這些底座具備卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，這意味著無(wú)需對(duì)其做后續(xù)調(diào)整。PermAlign 底座使我們能夠密封激光諧振腔。對(duì)于諧振腔，任何從外部進(jìn)入的環(huán)境污染物都可能影響激光器性能，PermAlign 底座是實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防的關(guān)鍵措施。此外，激光器最初是在無(wú)塵室條件下使用半自動(dòng)方法裝配的，這避免了在源頭造成污染。并確保了各臺(tái)激光器之間的高度一致性。

對(duì)工藝過(guò)程中的晶圓吸盤(pán)

進(jìn)行部件合格性（通過(guò)/不通過(guò)）檢查。

晶圓檢測(cè)的另一個(gè)要求是高速運(yùn)動(dòng)和部件處理機(jī)制，以及極其穩(wěn)定的表面（以最大限度地減少測(cè)量噪音）。我們?yōu)楣ぷ髋_(tái)和其他工具提供反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(RBSiC)，該材料具備低熱膨脹系數(shù)（CTE）、高強(qiáng)度和高強(qiáng)度重量比等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠滿足最嚴(yán)苛的檢測(cè)系統(tǒng)需求。

未來(lái)展望

隨著半導(dǎo)體行業(yè)向更小的節(jié)點(diǎn)尺寸發(fā)展，對(duì)檢測(cè)工藝使用的激光器要求變得更加嚴(yán)格。

幸運(yùn)的是，這與我們的核心優(yōu)勢(shì)完全一致。我們與先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備制造商保持密切合作，確保我們的產(chǎn)品不僅滿足當(dāng)今的半導(dǎo)體制造工藝需求，而且可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)。

因此，無(wú)論是現(xiàn)在還是未來(lái)，Coherent高意致力于幫助半導(dǎo)體制造商克服檢測(cè)工藝的挑戰(zhàn)。

文章來(lái)源：Coherent高意激光

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