半導體光學的挑戰(zhàn)

當下，半導體光學技術在我們的日常生活中已經(jīng)隨處可見，諸如智能手機的3D人臉識別、工業(yè)機器人、自動駕駛的激光雷達（LiDAR）等。無論在傳統(tǒng)的通訊領域，還是新興的人機交互、智能感知領域，都擁有無限發(fā)展的應用潛力。

對于半導體光學的制造環(huán)節(jié)來說，相比于傳統(tǒng)封裝，要在晶圓級別高度集成光學功能，這對磁控濺射真空鍍膜技術提出更高的挑戰(zhàn)。

有人曾這樣形容磁控濺射技術——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)具有不同復雜性和高均勻性膜層的有效技術。在晶圓級別高度集成光學功能的半導體封裝工藝中，要求這些器件的像素尺寸低至幾微米，并對顆粒污染具有極嚴格的標準。對直徑12英寸的晶圓實現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)加工，以滿足半導體制造的要求。

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

納米世界的新趨勢

正在興起的應用是高光譜成像（HSI）中，多個濾光片用于在單通道中實現(xiàn)多個顏色傳感器的方案。與傳統(tǒng)智能手機相機中使用的3個標準傳感器（紅、綠、藍）相比，高光譜成像（HSI）相機可以為色彩感應增加深度，提高色彩質(zhì)量。根據(jù)所需的光學性能，復雜的膜層設計可以達到數(shù)百層，總厚度達到50微米。高光譜成像（HSI）技術在食品品質(zhì)檢測中得到了應用，該技術可用于評估人眼感知之外的食物質(zhì)量，幫助消費者更好的選擇滿意的食品。

另一個當下流行的光學傳感器行業(yè)中，對于環(huán)境光傳感器（ALS）或3D傳感器等，會使用涉及SiO2、TiO2、HfO2、Al2O3、Nb2O5，Ta2O5或aSi:H等鍍膜材料的光學干涉濾光片。環(huán)境光傳感器需要至少一個能夠檢測可見光范圍內(nèi)的入射光子的濾光片。面部識別等3D傳感器應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。生物識別濾光片是3D傳感器構成的核心器件，其主要原理就是通過特殊的光學膜系設計實現(xiàn)特定波段光的高透射或者高反射，幫助相應的產(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成像的技術核心，也是制造難點。對生產(chǎn)這款濾光片的設備而言，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指標的變化而不斷改進的可能性。目前，布勒萊寶光學的設備擁有優(yōu)于萬分之一的控制精度——這些都是濾光片生產(chǎn)商所關心的。

布勒萊寶光學是專業(yè)的光學鍍膜設備供應商，Helios系列能夠提供3D攝像技術中的關鍵濾光片制作的解決方案，在技術指標方面，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)，汽車電動智能化也迎來了增長，受后疫情時代消費回暖的影響，將持續(xù)拉升芯片的需求。

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

HELIOS系列的核心是其獨特的技術-等離子體輔助反應磁控濺射（PARMS）工藝與高精度在線測量控制系統(tǒng)（OMS光學監(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次技術升級，歷經(jīng)20年的積淀，現(xiàn)在HELIOS已然擁有更強大的能力——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，其特點顯著：

一、生產(chǎn)效率高

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

二、控制精度高

布勒萊寶光學自研的LEYBOLD OPTICS OMS 5100光學監(jiān)控系統(tǒng)，能夠精準監(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1000層。

三、產(chǎn)品高重復性

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

四、全自動化生產(chǎn)

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

憑借以上設備特性，HELIOS系列可以為上述所有應用生產(chǎn)各種復雜的濾光片，實現(xiàn)最高的重復性和均勻性。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，進一步將該技術應用于半導體領域，從而提高晶圓級器件的良率。

此外，布勒萊寶光學進一步加強了與比利時微電子研究所（IMEC）的聯(lián)合開發(fā)項目，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，以滿足半導體制造更高的標準。通過這種合作，新的工藝和專有技術正在開發(fā)和跨技術轉(zhuǎn)移，為高光譜成像（HSI）傳感器領域的更多發(fā)展鋪平了道路。布勒萊寶光學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)的半導體制程中，將光學和半導體技術結(jié)合在一起，這是前所未有的。

HELIOS的應用廣泛

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，實現(xiàn)手機屏幕色溫的自動調(diào)節(jié); 鍍制的多光譜濾光片能夠同時感測多個不同波段的影像，幫助科學家分析土壤細微的區(qū)別; 鍍制的近紅外濾光片讓激光雷達能夠準確感知周邊環(huán)境的變動，讓駕駛更為便利安全; 鍍制的熒光濾光片能夠精準捕捉透射特異的熒光信號，讓檢測更為精準明確……

關于布勒萊寶光學

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

審核編輯 ：李倩