发现福晶科技非线性倍频晶体的新用途：晶圆检测。=====================================半导体工业技术不断的进步，芯片制成工艺越来越精细化，同时会导致保持良品率的挑战难度越来越高，而一块洁净，均一，完美的晶圆（wafer）是后续所有工艺有效实施的前提。为了保证质量，最理想的状态是晶圆出厂前每片一检并分类保证其出厂品质；而在进行精细制程前也每片一检并分类，用于进一步规避晶圆转运，存储等环节不当操作造成的污染。因此带来了无图型晶圆检测应用的两个需求要点：第一是最小灵敏度，即设备能够检测到晶圆表面缺陷的最小尺度，最好成做到与芯片制程有可比性的小尺度。第二是量，即单位时间能够完成的晶圆检测量，最好是能做到制程前每片一检。对于此类无图型晶圆检测应用，基于光学的激光散射法比起电子束法和x射线法在量上具备碾压性的优势。大致有这样一些实验规律：1)激光波长越短，可实现缺陷检测的最小尺度越精细，所以对于高端高精细度的半导体制程，默认是采用266nm甚至更短波长的激光器以保证检测到尽可能更小尺度的瑕疵（大致可做到约20-30nm的最小灵敏度），另外深紫外DUV激光的穿透深度很浅（如266nm激光对于硅片的穿透深度1-10nm); 所以DUV激光比较适合于检测晶圆表面缺陷。2)激光波长越则对于晶片的穿透性越好，比如对于硅片而言，532nm激光的穿透深度约1-5um；而1064nm近红外激光可穿透硅片。所以相对而言，可见光激光适合于同时检测到浅表层的内部缺陷，而红外激光适合于同时检测到晶圆内部缺陷。3)以266nm激光为例，照射到晶片完好面发生的是镜面反射，其伴生的散射是瑞利散射，散射强度大致仅为激光功率的0.1%；而扫描到纳米尺度的微小缺陷点时(20-100nm);其发生的散射时米散射，散射强度会增大到0.5%-3%,由此可见，当无图型晶圆检测扫描到纳米尺度缺陷点时，设备会检测到一个信号的突变，以此来定位缺陷点位置。当缺陷尺度达到微米量级（比如划痕等机械损伤）其散射是几何散射（或称边沿散射），其散射强度甚至可达3%-10%；一个设计良好的数据处理软件可以通过数据建模辨别哪里有缺陷，有什么大小的缺陷和那种形式的缺陷。结合以上的实验规律，大致介绍一下做无图型晶圆检测所需激光器的选型以及历史沿革：在大致1980年前后，就已经有基于激光激发的半导体晶圆检测设备了，彼时一般采用的是氦氖（HeNe-632.8nm),氦镉（HeCd-325nm/442nm)，氩离子（Arion488nm/514nm）激光器，激光功率是mW到几十mW量级，能耗从几十瓦到上百瓦不等；少数水冷氩离子激光器有瓦量级激光输出，能耗为千瓦级。气体激光器工作稳定，价格便宜。但同时也存在一些问题，比如： 激光转化效率很低，导致体积较大，能耗较高； 激光管寿命一般在几千小时，7天24小时工业应用下需要频繁更换激光管； 很难做到紫外波段，输出功率较低。基本在1990年后，上述气体激光器就已经逐渐被新涌现的半导体泵浦的全固态激光器（DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser)所取代（如果一些老设备的氩离子Ar,氦镉HeCd激光器的换管或更新业务，您可咨询联系先锋科技公司www.teo.com.cn）那半导体泵浦的全固态激光器除了成本高导致价格较高之外，其余全部是优点：能量转化效率高，导致体积小，能耗低激光器寿命通常超过1万小时，哪怕7天24小时工业应用也很少需要维护基频输出功率很容易做到百瓦以上，从而有实力级联接驳倍频晶体以及和频晶体，达成较高功率的紫外乃至深紫外激光输出，比如基于1064nm基频输出的DPSS激光器：• 接驳一级倍频晶体，则获得532nm二倍频输出；• 接驳一级倍频晶体加一级和频晶体，则获得355nm三倍频输出；• 接驳两级级联的倍频晶体，则获得266nm四倍频输出；• 接驳一级倍频晶体加一级三倍频晶体，则获得213nm五倍频输出。对于全固态激光器，266nm甚至213nm的深紫外输出实验室以做到瓦级，商品化设备以百毫瓦级别为推荐。对于无图型晶圆检测应用的激光选型上，三个小贴士：1)激光波长越短，则可测缺陷最小尺度越小，213nm/193nm在波长上相对有优势；2)激光输出波长越短，激光系统价格越贵，激光输出功率越低，特别是考虑到价格成本上，266nm的数百毫瓦的全固态激光被认为是一个性价比较高的选择；3)对于深紫外激光器哪怕是百毫瓦量级的输出，对于最后一级紫外晶体而言，也是一个比较沉重的负担，通常而言大致几百到一千小时的连续工作就会产生明显的衰减，所以较高端的深紫外全固态激光器会在最后一级非线性晶体上设计电动切换装置，在一个工作点即将到寿命时切换到下一个工作点，以此保证上万工作小时的寿命。后续提及的三款266/213/193nm全固态激光器均由此配置。