激光驱动光源可改进半导体计量和半导体材料中杂质含量的FTIR测量

　　图一：Energetiq 的新型 EQ-77C 宽带光源

　　激光驱动光源可优化 FTIR 性能

　　Energetiq 的激光驱动光源 (LDLS®) 使用激光激发并维持直径100µm – 320µm的氙等离子体。结果是一种极其明亮的宽带辐射发射器，覆盖170nm至2400nm的波长范围 (DUV-NIR)。由于它是激光维持的，因此亮度、空间稳定性和寿命不会像传统等离子体源(例如氙短弧灯)那样因电极的使用而受到限制。

　　最近，Energetiq 通过 EQ-77C将 LDLS 的发射波段扩展到中红外，如图1所示。这是通过设计具有不同输出窗口材料的新型光电池来实现的，允许传输氙等离子体放电广谱从350nm到20μm(可见光到中红外)。 EQ-77C的非常小的等离子体产生高光谱辐射率，大约比热红外源(例如 Globar ®)高十倍，如图 2 所示，并且表现出高水平的空间稳定性。

　　高辐射率和空间稳定性的结合使光能够有效地耦合到小孔径和小直径光纤中。小等离子体还近似于点源，能够实现低发散角的准直，这对于长光路长度的应用非常重要。

　　图 3 显示了 Globar，它是目前用于 FTIR 的典型红外光源。它由碳化硅或氮化硅制成，通过电加热至1100-1650K 的温度。新型 EQ-77C LDLS 的目标应用是：

　　1.半导体计量和过程监控。

　　2.光学镀膜过程监控。

　　3.气体分析。

　　4.S-SNOM 显微镜。

　　图 II：具有扩展中红外光谱输出的 LDLS 的光谱辐射亮度

　　图 III：1300K 时的碳化硅 Globar

　　用于检测半导体制造过程中元素成分的 FTIR

　　傅里叶变换红外 (FTIR) 反射光谱是表征薄膜化学和成分的首选技术，因为它具有非破坏性以及对分子键和自由载流子的出色敏感性。虽然 FTIR 光谱已广泛应用于研发环境，但其在主流生产计量和产品晶圆工艺监控中的应用历来受到限制。这些限制已通过 FTIR 技术的一系列不断进步而消除，包括使用新的宽带红外光源、新的采样光学器件和基于模型的综合分析。

　　FTIR 光谱还为 Epi 厚度、沟槽深度测量以及薄膜(例如高 k 和低 k 化学成分)提供实时解决方案。通过透射或反射光谱的光学建模，可以获得有关电子结构和化学成分的信息，然后可将其用于过程控制和监测。

　　对于薄膜厚度在线监测，半导体行业历来利用 LDLS 技术进行光谱椭圆测量和反射测量，特别是在沉积设备中。随着先进封装的快速采用，该应用程序现已从前端流程扩展到后端流程。半导体制造过程控制的一个相对较新的方面是成分，并且 FTIR 正在获得广泛采用。随着芯片制造成本迅速增加，监控每个晶圆的厚度和成分变得至关重要。鉴于 EQ-77C LDLS 的吞吐量优势，这是采用 EQ-77C LDLS 的一个关键转折点。

　　图 IV：用于测量化学成分的 FTIR 布局

　　概括

　　之前已经证明了 FTIR 光谱仪对电池氮化硅和非晶碳硬掩模 (ACHM) 中氢键的测量能力。对于电池氮化硅，光谱解卷积可以区分对应于 Si-N、Si-H、NH、Si-O 和 Si-OH 键的各个峰。使用基于 LDLS 的红外源(代替 SiN Globar)可以进一步改进 FTIR 测量方法。 LDLS 结合了较高的辐射度和空间稳定性，使光线能够有效地耦合到小孔径中，并提高了信噪比。