半導(dǎo)體光學(xué)的挑戰(zhàn)

當(dāng)下，半導(dǎo)體光學(xué)技術(shù)在我們的日常生活中已經(jīng)隨處可見，諸如智能手機(jī)的3D人臉識(shí)別、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)駕駛的激光雷達(dá)（LiDAR）等。無論在傳統(tǒng)的通訊領(lǐng)域，還是新興的人機(jī)交互、智能感知領(lǐng)域，都擁有無限發(fā)展的應(yīng)用潛力。

對(duì)于半導(dǎo)體光學(xué)的制造環(huán)節(jié)來說，相比于傳統(tǒng)封裝，要在晶圓級(jí)別高度集成光學(xué)功能，這對(duì)磁控濺射真空鍍膜技術(shù)提出更高的挑戰(zhàn)。

有人曾這樣形容磁控濺射技術(shù)——就像往平靜的湖水里投入了石子濺起水花。磁控濺射真空鍍膜技術(shù)是物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）的一種，其原理是：用帶電粒子加速轟擊靶材表面，發(fā)生表面原子碰撞并產(chǎn)生能量和動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，使靶材原子從表面逸出并沉積在襯底材料上的過程。磁控濺射鍍膜是生產(chǎn)具有不同復(fù)雜性和高均勻性膜層的有效技術(shù)。在晶圓級(jí)別高度集成光學(xué)功能的半導(dǎo)體封裝工藝中，要求這些器件的像素尺寸低至幾微米，并對(duì)顆粒污染具有極嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)直徑12英寸的晶圓實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)加工，以滿足半導(dǎo)體制造的要求。

布勒萊寶光學(xué)的HELIOS系列產(chǎn)品迎接了半導(dǎo)體光學(xué)的這一挑戰(zhàn)，該系列真空濺射鍍膜設(shè)備能夠滿足8英寸（HELIOS 800）和12英寸（HELIOS 1200）晶圓的光學(xué)鍍膜要求。

納米世界的新趨勢

正在興起的應(yīng)用是高光譜成像（HSI）中，多個(gè)濾光片用于在單通道中實(shí)現(xiàn)多個(gè)顏色傳感器的方案。與傳統(tǒng)智能手機(jī)相機(jī)中使用的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器（紅、綠、藍(lán)）相比，高光譜成像（HSI）相機(jī)可以為色彩感應(yīng)增加深度，提高色彩質(zhì)量。根據(jù)所需的光學(xué)性能，復(fù)雜的膜層設(shè)計(jì)可以達(dá)到數(shù)百層，總厚度達(dá)到50微米。高光譜成像（HSI）技術(shù)在食品品質(zhì)檢測中得到了應(yīng)用，該技術(shù)可用于評(píng)估人眼感知之外的食物質(zhì)量，幫助消費(fèi)者更好的選擇滿意的食品。

另一個(gè)當(dāng)下流行的光學(xué)傳感器行業(yè)中，對(duì)于環(huán)境光傳感器（ALS）或3D傳感器等，會(huì)使用涉及SiO2、TiO2、HfO2、Al2O3、Nb2O5，Ta2O5或aSi:H等鍍膜材料的光學(xué)干涉濾光片。環(huán)境光傳感器需要至少一個(gè)能夠檢測可見光范圍內(nèi)的入射光子的濾光片。面部識(shí)別等3D傳感器應(yīng)用高度依賴于用作激發(fā)源的紅外光（約940 nm），這意味著探測器必須配備高效的窄帶紅外濾光片。生物識(shí)別濾光片是3D傳感器構(gòu)成的核心器件，其主要原理就是通過特殊的光學(xué)膜系設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定波段光的高透射或者高反射，幫助相應(yīng)的產(chǎn)品完成生物信息的提取和篩選。

低角度漂移濾光片是完成3D成像的技術(shù)核心，也是制造難點(diǎn)。對(duì)生產(chǎn)這款濾光片的設(shè)備而言，首先要求超高的精度和穩(wěn)定性，其次能解決效率和產(chǎn)能問題，并且具有隨著濾光片技術(shù)指標(biāo)的變化而不斷改進(jìn)的可能性。目前，布勒萊寶光學(xué)的設(shè)備擁有優(yōu)于萬分之一的控制精度——這些都是濾光片生產(chǎn)商所關(guān)心的。

布勒萊寶光學(xué)是專業(yè)的光學(xué)鍍膜設(shè)備供應(yīng)商，Helios系列能夠提供3D攝像技術(shù)中的關(guān)鍵濾光片制作的解決方案，在技術(shù)指標(biāo)方面，0到30度的波長漂移小于10nm，滿足目前主流客戶的批量生產(chǎn)要求。

微型化且高度集成化的晶圓加工趨勢

在經(jīng)歷的了疫情的寒冬之后，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增速逐季下滑，但是隨著市場逐步企穩(wěn)，汽車電動(dòng)智能化也迎來了增長，受后疫情時(shí)代消費(fèi)回暖的影響，將持續(xù)拉升芯片的需求。

同時(shí)，晶圓加工微型化要求工藝朝著所有組件和光學(xué)器件的全面集成方向發(fā)展。針對(duì)在半導(dǎo)體環(huán)境中生產(chǎn)介質(zhì)薄膜的不同需求，布勒萊寶光學(xué)擴(kuò)展了原有的HELIOS磁控濺射系統(tǒng)產(chǎn)品系列，HELIOS 800型號(hào)可加工最大8英寸晶圓，HELIOS 1200型號(hào)可加工最大12英寸晶圓。該系列產(chǎn)品應(yīng)用的范圍極廣，例如熒光顯微檢測，膜層總數(shù)達(dá)到200層，膜層總厚度20微米，最薄膜層厚度僅為4納米，鍍膜時(shí)間僅需要15小時(shí)。

HELIOS系列的核心是其獨(dú)特的技術(shù)-等離子體輔助反應(yīng)磁控濺射（PARMS）工藝與高精度在線測量控制系統(tǒng)（OMS光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)）相結(jié)合。從2003年的首次面世，能夠處理4英寸的基材鍍膜開始，到2006年、2011年、2020年的3次技術(shù)升級(jí)，歷經(jīng)20年的積淀，現(xiàn)在HELIOS已然擁有更強(qiáng)大的能力——高效處理6英寸、8英寸甚至12英寸的基材鍍膜，設(shè)備產(chǎn)能更是不斷刷新。

作為HELIOS家族主推的兩位成員，其特點(diǎn)顯著：

一、生產(chǎn)效率高

等離子輔助反應(yīng)式磁控濺射(PARMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的高速率、高產(chǎn)能，產(chǎn)品可控光學(xué)膜層厚度最高可達(dá)50微米，能夠滿足工藝多樣性的需求。

二、控制精度高

布勒萊寶光學(xué)自研的LEYBOLD OPTICS OMS 5100光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)監(jiān)測基片的光譜特征，產(chǎn)品可控膜層厚度最薄小于5納米，膜層總數(shù)可達(dá)1000層。

三、產(chǎn)品高重復(fù)性

極高的控制精度，保證了HELIOS極高的工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性，鍍膜產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

四、全自動(dòng)化生產(chǎn)

設(shè)備智能控制，全自動(dòng)上下料，保障潔凈生產(chǎn)，從而保證更高的表面成膜質(zhì)量。

憑借以上設(shè)備特性，HELIOS系列可以為上述所有應(yīng)用生產(chǎn)各種復(fù)雜的濾光片，實(shí)現(xiàn)最高的重復(fù)性和均勻性。此外，HELIOS系列通過開發(fā)低溫沉積工藝（與光刻膠工藝結(jié)合）和低顆粒度的工藝，進(jìn)一步將該技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，從而提高晶圓級(jí)器件的良率。

此外，布勒萊寶光學(xué)進(jìn)一步加強(qiáng)了與比利時(shí)微電子研究所（IMEC）的聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目，在IMEC的8英寸晶圓制造潔凈室內(nèi)安裝了HELIOS 800 Gen II，用于減少污染，降低顆粒水平的研究，以滿足半導(dǎo)體制造更高的標(biāo)準(zhǔn)。通過這種合作，新的工藝和專有技術(shù)正在開發(fā)和跨技術(shù)轉(zhuǎn)移，為高光譜成像（HSI）傳感器領(lǐng)域的更多發(fā)展鋪平了道路。布勒萊寶光學(xué)通過提供全面的解決方案脫穎而出，該解決方案可以集成到傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制程中，將光學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合在一起，這是前所未有的。

HELIOS的應(yīng)用廣泛

通過HELIOS系列，鍍制的顏色濾光片能夠幫助傳感器感知周圍環(huán)境光線變化，實(shí)現(xiàn)手機(jī)屏幕色溫的自動(dòng)調(diào)節(jié); 鍍制的多光譜濾光片能夠同時(shí)感測多個(gè)不同波段的影像，幫助科學(xué)家分析土壤細(xì)微的區(qū)別; 鍍制的近紅外濾光片讓激光雷達(dá)能夠準(zhǔn)確感知周邊環(huán)境的變動(dòng)，讓駕駛更為便利安全; 鍍制的熒光濾光片能夠精準(zhǔn)捕捉透射特異的熒光信號(hào)，讓檢測更為精準(zhǔn)明確……

關(guān)于布勒萊寶光學(xué)

布勒萊寶光學(xué)（Bühler Leybold Optics），源自1850年的德國，專注真空技術(shù)已有170余年，是全球領(lǐng)先的高真空鍍膜設(shè)備及薄膜技術(shù)服務(wù)商。自2012年納入瑞士布勒集團(tuán)，隸屬于先進(jìn)材料事業(yè)部。兩大生產(chǎn)基地位于德國阿茲瑙及中國北京。自1979年進(jìn)入中國市場，服務(wù)中國客戶已有四十余年。

審核編輯 ：李倩