Coherent的紫外光雷射能夠檢測半導(dǎo)體芯片上的微小缺陷，這是最大限度地提高良率和降低成本的關(guān)鍵。

NASA用于登陸月球的阿波羅導(dǎo)航計算機（Apollo Guidance Computer）于20世紀60年代制造，當時耗資約為1.5億美金（換算今日幣值計算約為10億美金），它的體積大小約相當于一臺微波爐，重量約為32公斤。

今天，一款規(guī)格最好的iPhone 15售價1600美金，可以很輕松的握在手中，而且就每秒可執(zhí)行的運算量而言，這款iPhone的性能比AGC強大約2億倍。

Intel共同創(chuàng)辦人Gordon Moore曾預(yù)測微型處理器性能將會提升，他指出，微型芯片上的晶體管數(shù)量大約每兩年會增加一倍，但剛才提到的對比也凸顯了摩爾定律的一個重要推論，有時被稱為摩爾第二定律。也就是，每美元所能買到的微型處理器性能也會隨時間呈指數(shù)級增長。

摩爾第一定律和第二定律都經(jīng)得起時間的考驗，因為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直在同時努力實現(xiàn)兩個不同的目標，一是讓電路元件和組件變得更小，第二是不斷降低成本。

其中，良率是影響半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵成本因素之一，而影響良率的一個重要因素是生產(chǎn)環(huán)境中的缺陷和污染物。為了降低缺陷，制造商在設(shè)備方面投入了大量資金，例如：打造無塵室環(huán)境，從一開始就防止污染。更進一步地，他們還導(dǎo)入了先進的檢測技術(shù)來檢測并最大限度地減少任何已發(fā)生缺陷的影響，從而確保最佳良率和成本控制。

晶圓檢測中的雷射

雷射是半導(dǎo)體檢測的理想工具，因為它是一種非接觸式方法，兼具無與倫比的靈敏度和速度。此外，雷射還具有高度通用性，經(jīng)過優(yōu)化后可執(zhí)行各種不同的檢測任務(wù)。

因此，從微電子工業(yè)早期開始，雷射就被用于檢測，1960年代末，雷射剛進入市場后不久，就已被用于測量晶圓平整度和厚度等計量任務(wù)。

在1980年代，隨著半導(dǎo)體元件變得更小、更復(fù)雜，業(yè)界開始采用其它以雷射為基礎(chǔ)的檢測方法，這些方法包括將激光束對準晶圓表面、并分析反射的光以檢測缺陷，例如微粒、刮傷和圖形偏移。這個時期見證了更復(fù)雜的以雷射為基礎(chǔ)的檢測系統(tǒng)發(fā)展，這些系統(tǒng)能夠檢測對高質(zhì)量半導(dǎo)體生產(chǎn)極度重要的越來越小缺陷。

在接下來的幾十年里，隨著散射測量法和其它先進計量技的導(dǎo)入，以雷射為基礎(chǔ)的方法取得到重大進步，散射測量法使用雷射來分析從晶圓表面反射的光，從而能夠檢測到以前無法檢測到的細微缺陷。

為何微型電路給檢測帶來巨大挑戰(zhàn)

隨著每一代芯片的更迭，晶圓檢測變得越來越重要且更具挑戰(zhàn)性。隨著節(jié)點尺寸的減小，芯片架構(gòu)都會變得更加復(fù)雜、采用新材料和更小、更精細的特性。這些進步在突破性能界限的同時，也帶來了新缺陷發(fā)生的機會，在如此小尺寸條件下，晶圓上即使最小、最輕微的缺陷也可能導(dǎo)致芯片功能異常。

因此，制造商必須在關(guān)鍵制程后進行嚴格檢查，以便盡早發(fā)現(xiàn)缺陷。執(zhí)行這些檢測有助于改善良率（每片晶圓上的可用芯片數(shù)量）、產(chǎn)能（生產(chǎn)速度），以及最終獲利能力。

微型電路特性極大地增加了對檢測的需求，而雷射通常是執(zhí)行檢測的最佳工具。

但這里需要理解的一個關(guān)鍵概念是，要突破缺陷檢測的界限，需要使用波長更短的雷射。這是因為光散射的效率取決于光波長與被檢測特性、或缺陷尺寸之間的關(guān)系。當特性尺寸遠小于光波長時，散射效率會降低，這些特性或缺陷發(fā)出的信號會減弱，這意味著無法檢測到缺陷，至少與大批量產(chǎn)半導(dǎo)體制造相關(guān)的時間范圍內(nèi)無法檢測到。

由于光散射和缺陷尺寸之間的關(guān)系，需要波長更短的雷射來檢測更小的缺陷的原因，目前，用于最嚴格晶圓檢測應(yīng)用的是266nm雷射。

二十年前，當晶體管的尺寸達到110nm或以上時，可見綠光雷射（532nm）和紫外光（UV）雷射就足以滿足缺陷檢測的需求，但隨著電路特性尺寸斷的縮小，業(yè)界開始轉(zhuǎn)向使用深紫外光（DUV）雷射。

Coherent于2002年推出了開創(chuàng)性的Azure雷射，來面對此一挑戰(zhàn)，該雷射利用光激發(fā)式半導(dǎo)體（OPS）技術(shù)產(chǎn)生綠光輸出，然后透過倍頻技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為深紫外光（266nm）。

Azure能夠在單一、頻率穩(wěn)定的波長下提供連續(xù)波（CW）輸出，其波長窄、功率高、噪聲少、穩(wěn)定性強的特點，能夠在高產(chǎn)出半導(dǎo)體制造所需的速度下，可靠地檢測出微小的缺陷。

Coherent憑借制造高性能、高壽命、高可靠性的深紫外雷射脫穎而出，我們之所以能做到這一點，有以下幾點原因：

首先，我們自行生產(chǎn)非線性晶體。深紫外光的應(yīng)用中，必須制造精度極高的高質(zhì)量晶體。為了滿足倍頻晶體所需的質(zhì)量水平，我們唯一的選擇是自已生產(chǎn)。

其次，我們在雷射內(nèi)部的光學(xué)固定結(jié)構(gòu)上使用了專利的PermAign架構(gòu)，這些固定座提供了卓越的長期穩(wěn)定性，也就是說，不需另外調(diào)整。PermAlign架構(gòu)使我們能夠?qū)⒗咨涔舱袂幻芊?，這是防止任何可能影響雷射性能的環(huán)境污染物進入的關(guān)鍵。此外，雷射最初是在無塵室等級環(huán)境下使用半自動方式組裝，避免在一開始就造成任何污染，這也確保了每臺雷射之間的高度一致性。

在晶圓chuck上進行部件合格性（通過 /不通過）檢查。

晶圓檢測的另一個要求是高速移動和操作機構(gòu)，以及極度穩(wěn)定的表面（盡最大可能的減少噪聲）。我們?yōu)楣ぷ髌矫婧推渌ぞ咛峁Y(jié)碳化硅（RBSiC）平臺，讓工具能夠達到低熱膨脹系數(shù)（CTE）、高強度，和高強度重量比等獨特優(yōu)勢，以滿足最嚴格的檢測系統(tǒng)的需求。

未來展望

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更小的節(jié)點發(fā)展，對于雷射檢測的要求變得更加嚴格，幸運的是，這與Coherent的核心優(yōu)勢完全契合。我們與領(lǐng)先的晶圓設(shè)備制造商保持密切合作，確保我們的產(chǎn)品不僅滿足，而且能能夠預(yù)測半導(dǎo)體制造應(yīng)用的需求。因此，Coherent能幫助制造商面對當前和未來來自檢測的挑戰(zhàn)。