SWIR短波红外相机在半导体检测中的应用

半导体产业已经发展成为世界上较大的产业之一。半导体行业涵盖范围广泛的应用，比如从用于PC电脑或移动设备的处理器和存储器集成电路，到太阳能电池领域。对于半导体检测相机和晶圆检测相机，Xenics提供范围广泛的SWIR短波红相机，适合于穿透硅或硅内部进行成像，以检测杂质、缺陷、空隙或夹杂物。在半导体检测行业中，SWIR短波红外相机可用于检测晶锭生长后的纯半导体材料（通常是硅）的质量。此外，随后被切割成晶片的铸锭也可以通过SWIR短波红外相机以类似的方式检查这些晶片的缺陷或裂纹，以确保将晶圆加工成（光）电子元件。对于最后的加工步骤是将晶圆切割成单个芯片，通过SWIR短波红外相机来对齐锯片或激光器。

为了在半导体检测相机应用中进行故障分析，制造的集成电路可以通过显微镜检查裂纹或光子发射。三维MEMS微机电系统结构需要在整个生产过程中进行检查。对于所有这些应用，Xenics提供范围广泛的SWIR短波红相机，用于二维(2D)和线扫描成像。SWIR相机通常使用基于铟镓砷InGaAs探测器，并在900至1700 nm波长范围内具有高响应（量子效率），适合于穿透硅或硅内部进行成像。

Xenics红外相机在原料硅锭和硅砖检测中，其中SWIR，InGaAs相机（二维和线扫描）广泛用于半导体行业，用于检查晶体硅砖或硅锭。使用SWIR相机和发射波长超过1150 nm的光源可以轻松检测砖或锭内的杂质和夹杂物（图1），硅砖对于SWIR短波红外辐射是完全透明的。原因是这种半导体材料Si中的带隙，对于较低能量和较长波长的SWIR短波红外光子并不吸收，而吸收了具有较高能量的可见光子。这使得SWIR，InGaAs相机成为一种出色的检测工具，所以，SWIR短波红外相机可以直接检测杂质、缺陷、空隙或夹杂物。因为当锭进一步加工成晶片时，砖或锭内的杂质会对生产设备造成损坏。SWIR相机可以避免这个问题，从而确保半导体生产过程的顺利进行和更高的效率。对于Xenics红外相机在硅锭和砖块检测中的应用，Xenics主要提供Bobcat 640和Xeva 640相机，以及高分辨率线扫描Lynx 2048 相机。

图1 硅砖的SWIR，InGaAs相机图片

图2 适用于硅锭和硅砖半导体检测相机：Bobcat 640、Xeva 640 和 Lynx

Xenics红外相机在晶圆和芯片检测中，使用SWIR短波红外相机，在半导体晶片和集成电路芯片进行缺陷检测，既简单又直接，因为这些材料（Si和GaAs）在短波红外波长范围内是透明的，这种在硅材料的穿透能力，是一种大大改进生产工艺的无损检测方法。因为在晶圆制造过程中，晶圆内部或晶圆之间可能存在颗粒或裂缝，而CCD或CMOS相机仅可用于检测晶圆顶部或表面的缺陷，而SWIR相机应用在晶圆检测相机中，具有查看硅晶圆内部的能力，并可以检测两个键合晶圆之间的颗粒、空隙或其他缺陷。另外，封装前的芯片检查也是SWIR相机的常见应用，因为它们可以看到隐藏在Si材料内部的由晶圆切割引起的小裂纹（图3）。对于Xenics红外相机在晶圆和芯片检测应用，Xenic提供各种合适的相机：Bobcat 320 和 Bobcat 640、Xeva 320 和 Xeva 640。

图3 使用SWIR InGaAs相机拍摄Si内部的切割损坏图像

Xenics红外相机在光伏晶圆检测中，对于太阳能电池裂纹检查或效率映射通常基于发光效应，即当电子从激发态跃迁到基态时半导体材料的发光，其波长由太阳能电池吸收材料Si的带隙决定，其带隙能量对应于约1150 nm的波长。但是如果Si材料包含一些缺陷，峰值会更小，并且在1300到1600 nm之间的较长波长处，在缺陷带中以较低能级（子带隙）发生发射（图4）。对于其他用于生产太阳能电池的材料，如铜铟镓二硒化物(CIGS)或铜铟二硒化物(CIS)，可通过电致发光(EL)或光致发光（PL)。如通过采用SWIR相机的PL光致发光成像，可以对光伏晶圆的各阶段制造过程中的硅块和单片晶片的图像分析，以便及早估计成品太阳能电池的预期质量。对于Xenics红外相机在光伏晶圆检测相机应用中，Xenics提供 Xeva 640 和 Bobcat 640相机。

图4 SWIR InGaAs相机和带通滤波器（左1100nm，右1450nm）拍摄的太阳能电池的发光图像

如今，许多价格合理的CCD和CMOS相机也可用于太阳能电池检测，例如专门为检测太阳能电池而开发的基于硅的CCD和CMOS相机。这些特殊的近红外CCD或CMOS相机提供超过1000 nm的扩展波长响应。与一般的SWIR InGaAs相机，也就是和半导体检测相机和晶圆检测相机相比，这些传感器的低噪声、高分辨率和宽动态范围有一定的优势，但相比之下缺点是需要较长的积分时间，通常是几秒，因此这些近红外CCD或CMOS相机只能用于离线检测。