Στις σχολαστικά ελεγχόμενες συνθήκες των εγκαταστάσεων κατασκευής ημιαγωγών, όπου διακυμάνσεις σε κλίμακα νανομέτρου μπορούν να καθορίσουν την επιτυχία ή την αποτυχία του προϊόντος, η φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR) έχει αναδειχθεί ως μια απαραίτητη αναλυτική τεχνολογία. Αυτή η μη καταστροφική τεχνική λειτουργεί στη διασταύρωση της φωτονικής και της επιστήμης των υλικών, παρέχοντας πρωτοφανείς πληροφορίες για τις διαδικασίες παραγωγής που ήταν προηγουμένως αόρατες στα συμβατικά συστήματα παρακολούθησης.

Η θεμελιώδης αρχή που υπόκειται στις ημιαγωγικές εφαρμογές του NIR βρίσκεται στη μοναδική αλληλεπίδραση μεταξύ φωτονίων στην περιοχή 950-1,700 νανόμετρων και διαφόρων υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τσιπ. Όταν η ακτινοβολία NIR συναντά πλακέτες πυριτίου, στρώσεις φωτοαντίστασης και ενώσεις συσκευασίας, παράγει διακριτές φασματοσκοπικές υπογραφές που βασίζονται σε μοριακές δονήσεις και μοτίβα σκέδασης φωτός. Αυτές οι υπογραφές λειτουργούν ως ψηφιακά δακτυλικά αποτυπώματα, αποκαλύπτοντας κρίσιμες πληροφορίες σχετικά με τη σύσταση του υλικού, την δομική ακεραιότητα και την ολοκλήρωση της διαδικασίας χωρίς καμία φυσική επαφή που θα μπορούσε να βλάψει εύθραυστα εξαρτήματα.

Πίνακας 1: Δυνατότητες Φασματοσκοπίας NIR στην Ανίχνευση Ελαττωμάτων Πλακιδίων

Η ικανότητα της τεχνολογίας για ανίχνευση ελαττωμάτων πλακιδίων αντιπροσωπεύει μια ιδιαίτερη καινοτομία. Καθώς το φως υπέρυθρης ακτινοβολίας διεισδύει στις επιφάνειες πυριτίου, διασκορπίζεται σε προβλέψιμα μοτίβα όταν συναντά παρθένα υλικά αλλά παρουσιάζει ανιχνεύσιμες ανωμαλίες όπου συναντήσει ατέλειες επιφάνειας. Προηγμένοι αισθητήρες μπορούν να εντοπίσουν σωματίδια μικρά όσο 0,1 μικρόμετρα και μικροσκοπικές γρατζουνιές που θα απέφευγαν την ανίχνευση με οπτικό μικροσκόπιο. Αυτή η μη επαφική προσέγγιση εξαλείφει την ανάγκη καταστροφικής διατομής ενώ επιτρέπει 100% κάλυψη επιθεώρησης - ένα κρίσιμο πλεονέκτημα όταν επεξεργάζεσαι πλακίδια που κοστίζουν εκατοντάδες δολάρια το καθένα.

Στις διεργασίες φωτολιθογραφίας, η φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας έχει μεταμορφώσει την ακρίβεια μέτρησης πάχους. Η τεχνολογία αναλύει πολύπλοκα μοτίβα συμβολής που δημιουργούνται όταν το φως ανακλάται μεταξύ των άνω και κάτω ορίων των στρωμάτων φωτοαντίστασης. Εξελιγμένοι αλγόριθμοι στη συνέχεια υπολογίζουν το πάχος με ακρίβεια ±0,1 μικρομέτρου σε όλο το εύρος 10-100 μικρομέτρων που είναι κρίσιμο για τη σύγχρονη λιθογραφία. Αυτό αντιπροσωπεύει σημαντική βελτίωση έναντι των παραδοσιακών μεθόδων ελλιψομετρίας που υπέφεραν από ανθρώπινο σφάλμα ±5% και απαιτούσαν φυσική επαφή με τα δείγματα.

Πίνακας 2 : Παράμετροι Παρακολούθησης Πήξης Πολυμερών

Η εφαρμογή επεκτείνεται στις φάσεις συσκευασίας και εγκλεισμού, όπου το NIR παρακολουθεί τις διαδικασίες σκλήρυνσης πολυμερών μέσω πραγματικού χρόνου παρακολούθησης των δονήσεων μοριακών δεσμών. Καθώς οι ρητίνες εποξυ μεταβαίνουν από υγρές σε στερεές καταστάσεις, τα πρότυπα δόνησης των δεσμών C-H μετατοπίζονται με προβλέψιμους τρόπους σε συγκεκριμένα μήκη κύματος κοντά στα 1.680 νανόμετρα. Τα συστήματα φασματοσκοπίας ανιχνεύουν αυτές τις αλλαγές με ακρίβεια καλύτερη από 0,8%, επιτρέποντας στους μηχανικούς να εντοπίζουν ελλιπή σκλήρυνση πριν οι μονάδες προχωρήσουν στα τελικά στάδια δοκιμών.

Πίνακας 3 : Προδιαγραφές Τεχνικού Συστήματος NIR

Η εφαρμογή της τεχνολογίας NIR απαιτεί την υπέρβαση σημαντικών μηχανολογικών προκλήσεων. Τα σύγχρονα συστήματα ενσωματώνουν πίνακες ανιχνευτών αρσενικού-γαλλίου-ινδίου (InGaAs) που παρέχουν λόγους σήματος προς θόρυβο που υπερβαίνουν το 50.000:1, σε συνδυασμό με θερμοηλεκτρικά συστήματα ψύξης που διατηρούν τη σταθερότητα της θερμοκρασίας εντός ±0,01°C. Οι στερεάς κατάστασης ψηφιακές συσκευές μικροκατόπτρων (DMDs) αντικαθιστούν τα μηχανικά οπτικά στοιχεία, εξαλείφοντας τα σφάλματα που προκαλούνται από δόνηση και θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την ακρίβεια μέτρησης σε περιβάλλοντα εργοστασίων.

Η υιοθέτηση της φασματοσκοπίας υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR) από τη βιομηχανία ημιαγωγών αντικατοπτρίζει μια ευρύτερη μετατόπιση από τον αντιδραστικό έλεγχο ποιότητας στην προληπτική βελτιστοποίηση διαδικασιών. Καθώς τα χαρακτηριστικά των τσιπ συνεχίζουν να συρρικνώνονται προς ατομικές κλίμακες και νέα υλικά όπως το νιτρίδιο του γαλλίου και το διοξείδιο του πυριτίου εισέρχονται στην παραγωγή, αυτή η τεχνολογία ανάλυσης που βασίζεται σε φωτόνια εξελίσσεται συνεχώς για να ανταποκριθεί σε ολοένα και πιο αυστηρές απαιτήσεις κατασκευής. Η μη καταστροφική της φύση και οι δυνατότητες σε πραγματικό χρόνο την καθιστούν ένα απαραίτητο συστατικό στην αναζήτηση για τέλειες αποδόσεις μέσα στα απίστευτα απαιτητικά πρότυπα ακρίβειας της σύγχρονης κατασκευής ηλεκτρονικών.