浅谈半导体测量中红外线相机的应用

       半导体工业涵盖各样的应用，从PC到移动设备的处理器和存储器，从集成电路到太阳能电池。在半导体工业中，红外线工业相机可以用来检测纯半导体材料的质量。此外，切割成晶片的硅锭和晶片成品，也可以用类似的方法检测缺陷或裂纹，然后将晶片加工成光电子元器件或其他半导体器件。

       在切割晶圆成为单芯片的加工过程中，对于锯片和激光校准来说，红外线工业相机依旧是目前应用的主流方案。为了进行失效分析，装配好的集成电路要进行裂纹或光刻检测，整个生产流程中都需要进行检测，而在这些应用中，都少不了红外线相机的身影。

       “透明”的硅锭

       使用一台红外线相机，配合发射波长在1150nm波段的光源，很轻易的就可以进行硅锭或硅砖的内部杂志和结构的检测。

       这是因为这种半导体材料不吸收能量低、相对波长较长的短波红外光子，而可见光光子则因具有较高的能量和相对较短的波长被材料吸收，无法透过。

       使用红外线相机成为了半导体检测的优良检测工具，可以直接检测缺陷、杂质、孔洞或夹杂。

       当硅锭进一步加工成为晶片时，硅锭中的杂质会对生产设备造成损害。

       通过红外线相机的检测，则可以规避类似的问题，从而保障生产效率。

       “看穿”晶圆内部

        晶圆制造的过程中，细颗粒或裂纹等缺陷可能隐匿于晶片内或晶片之间，而可见光CCD或CMOS相机能够检测晶片表面的缺陷，不论晶片颗粒，还是晶片间缝隙，亦或是其他缺陷。

       封装前的模具检测也是通过红外线相机进行的，比如晶圆切割过程中造成的，隐藏在硅材料内的细小裂纹。

       红外线相机能够增加产能和效能，例如封装检测、设备缺陷检测、临界尺寸和封装测试。

       在晶圆封装过程中，对于晶元制造和封装技能，红外线相机可以实现多层的质量评价。

       “发光”的太阳能电池

       太阳能电池裂纹检测，太阳能电池光电转换效率检测，通常基于发光效应，即电子从激发态过渡到稳定状态时半导体材料的光发射。多余的能量会被转化为光子发射出去，它们的波长取决于太阳能电池材料的带隙。对于使用硅材料的太阳能电池来说，这个带隙能量对应的波长大约在1150nm。但是如果硅材料中含有一些缺陷，则光发射的能量峰值会发生变化，带隙可能会在1300~1600nm之间。其他材料例如铜铟镓硒（CIGS）或二铜铟二硒（CIS）也可以用于太阳能电池的生产。对于这些材料，光发射波长都在1300nm以上。

       在半导体生产过程中，尽早发现裂纹和微裂纹已经变得重要。易碎的半导体材料中如果存在裂纹，会导致单个太阳能电池破损，生产机器停机，且清理困难。

       在线裂纹检测仪器已经成为太阳能电池标准产线的一部分。然而，晶体硅晶片，主要是多晶硅的自动光学探伤，依然是一项具有挑战性的工作。