光譜監測技術在半導體製程中的應用
光譜監測技術在半導體製程中的應用
在半導體製程中使用紫外-可見光光譜技術來即時監測奈米粒子合成
重點:
• 金屬奈米粒子
• 奈米粒子合成
• Ocean HR高解析度光譜儀
技術:
• 吸收度
應用:
• 半導體製程
• 反應分析
您是否從事需要實時監測和控制化學反應的半導體工藝？傳統上，工藝分析的瓶頸通常是需要提取流體並在遠離工藝的位置進行評估，然後根據這些信息來調整某些工藝參數。
通常來說這太慢了，沒辦法在某些反應或改變導致發生更大的問題之前抓住它們，所以直接在製程中即時監測這些液體有著明顯的好處。
微型模組化光譜技術的優勢在於，可以將測量設備帶到樣品處，而不需要反向操作。現代寬帶光譜儀能夠以毫秒級的速度報告完整光譜，立即提供關鍵工藝流體的狀態或條件的洞察。結合現代計算機和分析算法，這種技術能實現快速決策，讓用戶不錯過任何細節。最終，這種洞察力能在問題發生之前捕捉到問題，大幅降低生產成本，並減少不合規產品的產生。
奈米粒子以及化學反應分析
我們來看看跟半導體行業有關的精細化學反應，具體來說是金屬奈米粒子的合成，更具體的說是金奈米粒子。
與許多金屬奈米粒子一樣，這裡的前驅物是稀釋在水溶液中的金屬鹽。透過將水溶液漩渦加熱以及加入還原劑後，我們將會看到快速形成的奈米粒子。在這領域有經驗的研究員有著一雙「敏銳的眼睛」，依靠顏色來指示恰當的反應以及最終的粒子大小，但是寬帶光譜儀可以精準地確定這種「顏色狀態」以及允許調整像是溫度、稀釋的溶液、以及還原劑等參數。
圖一: 當奈米粒子在稀釋金屬鹽水溶液中形成時，水溶液的顏色將會改變，來指明粒子大小。緊湊型光譜儀可以精確監測這種變化，以獲得最佳結果。
實驗設置與結果
氘鹵燈用來提供從紫外光到可見光波長的分析能量，Ocean HR光譜儀平台有著亞秒等級的光譜更新，可以對平均以及平滑進行客製化。這裡有著數個重要製程資訊藏在這些動態光譜裡。
• 首先，濃度與透過比爾定律觀察到的吸光度的峰處有著直接關聯。這能讓我們以定量的方式確定反應已完成並提供預期的最終產品產量。
• 第二，出現峰的特定波長跟得到的奈米粒子的平均直徑相關。這能讓我們確保品質，反應生產出合適的產品而不會與預期的粒子尺寸產生偏差。
• 第三，這個吸收峰的寬度或是組成跟其他可能存在的粒子尺寸分布相關，這能讓我們再次對最終結果進行品質分析。在圖二中我們能看到峰從黃色線的545nm隨時間輕微偏移到紅線的535nm。
圖二: 藉由小型光譜儀，奈米粒子水溶液的即時吸收度量測可以提供化學反應在整個過程以及波長的截圖。
總結
對於無機反應過程能夠即時掌握狀態，尤其在可能存在雜質或某些工藝參數略有偏差的情況下，這是一種救命稻草。奈米顆粒和其他奈米結構已成為推動高性能移動設備快速發展的支點，同時也促進了新型綠色技術的誕生，例如嵌段共聚物的定向自組裝。這些技術在取代傳統自上而下光刻方法1的過程中，需要進行精細的工藝分析。這種持續發展還將引領對奈米層材料進行更複雜的分析，其中不同類型的半導體可以精確調整近場和遠場的光學特性2。。
無論您的半導體工藝正朝哪個方向發展，都可以考慮利用快速寬帶光譜進行實時洞察所帶來的優勢，這將為您提供競爭優勢和安心保障。奈米顆粒雖然微小，但在移動設備的世界中，我們深知，對於這些微小事物而言，沒有什麼比它們更重要的了。
參照
1. Green Nanofabrication Opportunities in the Semiconductor Industry: A Life Cycle Perspective. Mullen, Eleanor and Morris, Michael A. s.l. : Nanomaterials, 2021, Vol. 11. 10.3390/ nano11051085.
2. Metallic Nanoshells with Semiconductor Cores: Optical Characteristics Modified by Core Medium Properties. Bardhan, Rizia, et al. s.l. : ACS Nano, 2010, Vol. 4. 10.1021/nn102035q.