隐藏在半导体检测设备中的“光学巨人”

17 世纪，牛顿的色散实验为光谱仪的诞生播下了种子，光谱仪成为了物理化学实验室里不可或缺的实验设备。1992年海洋光学发明了世界上第一台微型光纤光谱仪，从此，光谱检测，凭借着快速、无损、原位测量的特点，从实验室走向了食品/药品的成分、光电检测、消费电子、海洋、太空再到珠宝的真伪，都逃不过其法眼。数十年来，随着各种新兴技术的出现，光谱仪也得到了持续不断的发展，不仅在性能上不断突破物理极限，功能上也不断完善，现如今，光谱仪已经成为支撑半导体产业制造工艺的关键零部件之一。

10月27日~29日，以“凝聚芯合力，发展芯设备”为主题的第十届(2022)中国半导体设备年会暨半导体设备与核心部件展示会(CSEAC) 在无锡太湖国际博览中心召开，世界领先的光学解决方案提供商海洋光学（Ocean Insight）携最新改善半导体制造工艺的光谱解决方案参加此次展会。

海洋光学展位

蔚海光学仪器（上海）有限公司，是美国海洋光学公司的亚洲分公司总部所在。作为世界公认的微型光纤光谱仪的发明者和领军企业，海洋光学创建者早在1992年就通过开发创新的突破性技术，发明了世界上第一台微型光纤光谱仪S1000，高达1000倍的体积缩小，再加上大幅度降低的光学传感系统成本，彻底改变了光谱科学领域。最新数据显示，海洋光学在全球已售出超过40万套的光纤光谱仪。

海洋光学中国区销售总裁孙玲博士在接受半导体行业观察采访时表示，海洋光学的光谱仪可以应用于半导体、照明及显示、工业控制、环境监测、生命科学生物、医药研究、教育等多个领域，但此次参加无锡设备展会带来的都是可以运用于半导体领域的产品，包括Ocean ST微型光谱仪、Ocean SR2通用型光纤光谱仪、Ocean FX网络高速微型光纤光谱仪、Maya2000Pro高灵敏度光谱仪、QE Pro高灵敏度光谱仪、HR4 Pro高分辨率光纤光谱仪、MX2500+多通道光谱仪等。

海洋光学展位

众所周知，近年来，随着集成电路制程先进工艺的不断提升，芯片工艺步骤已经多达成百上千，只有每一道的良品率都保持在非常高的水平才能保证最终的良品率，因此晶圆制造厂商对工艺窗口的要求几乎是“零缺陷”。在此背景下，晶圆制造工艺的量检测需求日益凸显，对于晶圆制造来说，前道量检测工艺是提高产线良率、降低生产成本的重要环节，在很大程度上决定了代工厂的竞争能力。而后道检测工艺则有效降低封装成本，能够确保出厂产品质量。

纵观当前集成电路制造过程中的量检测设备，都离不开深度光谱技术，原因在于，光学量测可以通过分析光的透射，反射、衍射光谱间接进行测量，有着速度快、分辨率高、非破坏性和实时，在线的显著优点。截至目前，光谱分析技术已存在于各类微纳制造与量检测设备之中，比如海洋光学的光谱仪就可以用于膜厚测量、蚀刻终点和镀膜腔体监控等工艺中。

“海洋光学与半导体检测设备厂商之间的合作已经有了二十多年的历史，几乎需要用到光谱技术的厂商都是海洋光学的客户。” 孙玲博士介绍到，“光谱仪对于设备来说是一个核心器件，海洋光学就是光谱界的‘乐高’。我们把自己定义为科学仪器创新的奠基者，我们给客户一个包罗万象的工具箱，为客户提供做出创新仪器的全套工具模块，客户用这个工具箱可以在半导体等领域进行自己的开发，实现自己的创新理念。”

在孙玲博士看来，全天在线、实时监控、较小的台间差，高达10微秒的采集速度和过硬的生产工艺流程是海洋光学光谱仪的最大优势。作为世界上最精密的技术之一，芯片制造过程需要精细化管控，这是大型光谱仪难以实现的，海洋光学微型光谱仪凭借自身小巧的体积，可以集成于半导体检测设备内部，进而达到随时监控、随时传输数据，和随时反馈的效果，实现永远在线和全天候工作。“我们的产品大约只有半张酒店房卡大小”，孙玲博士向笔者展示到，“根据设备厂商对检测精度的不同需求，一台设备中可以集成1台、4台或者8台光谱仪，模块特性使得我们产品的灵活性很高，客户可以按需选择。”

孙玲博士还指出，较小的台间差意味着产品的高稳定性。据介绍，海洋光学拥有包括算法在内全套生产工具的专门研发团队，成熟的生产工艺和强大的生产实力保证了产品的台间差，这也是海洋光学生产能力最好的证明。

从发展趋势来看，未来随着制程精度提升，光学检测的比重也将得到进一步扩大。虽然海洋光学已经在光谱领域取得领先地位，但其仍在继续丰富扩充光传感产品线，增强支持和服务能力，为需要定制方案的客户提供量身定制的系统化解决方案和应用指导。

此次采访中，孙玲博士提到，Ocean ST微型光谱仪和Ocean SR2通用型光纤光谱仪是海洋光学今年的新品。其中，ST微型光谱仪是海洋光学目前为止最小的光谱仪，最大优势就是在拥有超小体积的同时，还具备出色的紫外波段响应、高速光谱采集和高信噪比性能，可以提供优质的全光谱分析数据。更重要的是，它还具有重量轻和价格便宜的优势，与其余型号的光谱仪相比，ST价格为最低的一款。

Ocean ST微型光谱仪

据孙玲博士透露，为了做出这样一款物美价廉、性能比又如此之高的产品，海洋光学花费了3年时间研究，才能使得ST微型光谱仪成为一个集成开发的理想选择。

相较于ST，Ocean SR2则拥有超快的采集速度，并且能够提供高速光谱采集与一流的信噪比。正是由于其高信噪比（380：1）性能，SR2光谱仪成为了半导体前道制造中离子监测应用的理想选择。等离子体监测一般被用来跟踪晶圆层的蚀刻，并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层，通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线，可以精确跟踪蚀刻过程，这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要，而Ocean SR2就可以提供半导体制造所需的快速、高灵敏度、精确分辨率和多功能连接能力。

Ocean SR2

此外，Ocean Insight的HR、Maya2000 Pro系列、QEPro，NIRQuest以及Ocean HDX和OceanFX都是实现等离子检测应用的理想选择，比如HR光谱仪可以与抗曝光纤相结合，以获得在等离子体中形成的定性发射数据，而Maya2000 Pro则凭借高达80%的量子化率、较大的动态范围和优秀的近红外响应等特点，可以用来检测UV气体。

“海洋光学在往两端均衡发展，研发高精尖产品的同时，也不忘推出物美价廉、高性价比的产品，让客户更受惠。” 孙玲博士表示，解决问题是海洋光学的使命。正如海洋光学CEO说过的，“我们是问题解决者；没有问题需要解决，就没有海洋光学。”

即便前两年，面对疫情带来的生产困境，海洋光学凭借着三十多的行业经验，在客户紧迫的需求时间内，依旧保证了产品的大批量供应。孙玲博士强调道，供应链的管理和强大的生产力是海洋光学最大的底气。

为了能够给客户提供更完美的解决方案，海洋光学还提供配套光纤和探头、测量套件、光源和软件开发包等，支持客户更加快速、便捷、高效地使用产品。可以说，海洋光学能够给客户提供一套完整的关键零部件基础生态。

据孙玲博士介绍，在半导体领域中的光谱应用是海洋光学未来业务侧重点之一。面对朝着微型化发展的半导体产业，相关制造对测试提出来的要求也将越来越高，光谱仪所面临的挑战也将愈发严峻，精度就是其中之一。为了提高光谱仪的灵敏度，海洋光学已经开始定制一些最基础的检测器，从最基础的检测器开始，进而改善海洋光学整个光谱仪模块的灵敏性和精度。

另一个需要面对的挑战就是速度。不过孙玲博士强调，不是提升光谱仪的速度，因为光谱仪本身的速度已经达到了10微秒，而是应该提高周边配套零部件的速度，只有大家配合完美，才能迎接未来的挑战。

变的是海洋光学的技术迭代，不变的是扩大中国市场的理念，海洋光学坚定发展在中国，生根在中国的发展策略和加大对在中国的投入。

当前，中国半导体产业正在加速前进，尤其是半导体产业更是蓬勃发展，海洋光学利用自己在光谱技术领域的多年积累，解决创新过程中遇到的问题，与产业伙伴合力推进创新发展。孙玲博士指出，包括工厂规模、厂房硬件设施、产线工艺、研发工程师的投入等在内，海洋光学在中国的持续投入将会不断增加，未来海洋光学将进一步完善和提高自身的供货能力，让客户更有能力和潜力研发出更强的检测手段，制造出更好的检测设备。

虽然当前地缘政治局势紧张，但孙玲博士强调，海洋光学会遵循中国法律、遵循豪迈集团的法规行事。孙玲博士表示，这个世界上最强大的动物不是长得巨大的，而是适应能力最强的。只有适应不断变化的大环境，才能赢到最后，但是这个适应能力的变化不能投机取巧，一定要在不违反法律法规的情况才能进行。

面对当前低迷的全球经济形势，孙玲博士认为，这恰恰也是海洋光学的机会，因为在这特殊时期，依旧会有很多人在寻找新的机会，然后投入研发。孙玲博士坚信，光谱检测技术行业拥有无限的可能性，只要世界上出现新需求，那么光谱仪就会有很强的生命力，因为光谱仪的发展与世界上的新需求、新问题分不开的，想要解决它们，就一定会用到光谱检测手段和检测设备。

过去，海洋光学本着光谱改善生活的宗旨，相信在未来也会进一步提升人民生活品质，改善我们的生存环境，提高我们的工作效率上助力中国的十四五，十五五…我们拭目以待！