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title: 透视表象：短波红外检测如何助力半导体制造
description: 早期引入的缺陷可能在后续高温高精度工艺中扩散加剧，因此检测成为贯穿整个制造流程的持续需求。随着结构不断微缩、关键特征延伸至表面之下，传统可见光检测已难以满足需求。
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- 透视表象：短波红外检测如何助力半导体制造
# 透视表象：短波红外检测如何助力半导体制造
By [JAI](https://news.jai.com/blog/cn/author/jai) | February 3, 2026
半导体是现代科技的基石，构成无数日常设备的核心——从消费电子、电动汽车到工业自动化及先进计算系统。每颗芯片背后都蕴藏着高度精密的制造流程：历时数月，涉及数百至数千道独立工序，每个阶段都直接承接前一环节；某些情况下，更需将搭载晶体管与导线的多个晶圆相互键合，方能形成单一集成电路。
早期引入的缺陷可能在后续高温高精度工艺中扩散加剧，因此检测成为贯穿整个制造流程的持续需求。随着结构不断微缩、关键特征延伸至表面之下，传统可见光检测已难以满足需求。
**从硅到晶圆：层层精确**
在任何晶体管图案化、蚀刻或布线之前，每块半导体器件都始于以非凡精度塑造的超纯硅。晶圆制造始于将多晶硅加热至高温熔融状态，随后将定向排列的硅晶种与熔融硅接触，并缓慢向上拉升。
在上升过程中，硅液围绕晶种逐渐凝固，形成具有完美晶体结构的单晶硅棒，即晶锭。
随后，锭体需经历一系列严苛工序：切片、研磨、倒角、热处理、抛光及清洗。
目标毫不妥协：制成表面如镜面般平整、平整度控制在亚微米级别的硅晶片。此时，即使最微小的瑕疵也可能在后续工序中扩散，因此检测不仅是质量控制环节，更是现代半导体制造的基本要求。
晶圆成型后需经历多轮工艺循环（重复多次），包括氧化与薄膜沉积、光刻胶涂覆、光刻（曝光与显影）、蚀刻及灰化或清洗。前端工艺完成后，晶圆进入最终制造阶段：最终晶圆检测、晶圆切割、芯片贴装、封装及最终电气测试。
- **氧化与薄膜沉积**
通过热氧化与薄膜沉积等工艺，在晶圆表面形成二氧化硅、氮化硅及各类金属等功能层。这些层的均匀性至关重要，因即使微小的厚度变化或局部缺陷都可能对后续工艺产生负面影响。
- **光刻胶涂覆**
光刻胶涂覆阶段需将感光性抗蚀剂均匀覆盖于晶圆表面，为图案转移做准备。抗蚀剂厚度均匀性至关重要，其偏差将直接影响后续光刻步骤的曝光精度与图案保真度。
- **光刻工艺（曝光与显影）**
光刻工艺定义了晶圆上形成器件结构的关键图案，这些图案最终决定了芯片的电气功能与运行特性。光刻胶的精准对准与完全显影至关重要，因微小偏差都可能导致结构缺陷。
- **蚀刻（湿法与干法）**
蚀刻通过选择性去除材料形成器件结构。该工艺精确清除晶圆上未被光刻胶保护的区域，将预定图案转移至底层。蚀刻不完全或残留聚合物将损害电气性能并导致潜在缺陷。
- **灰化/清洗**
灰化与清洗工序在后续处理前清除残留光刻胶及工艺残留物。残留污染物会干扰后续沉积或光刻步骤，影响良率与可靠性。表面彻底清洁后，将沉积新材料层并重复图案化循环以形成下一层结构。
- **晶圆最终检测（后道工艺）**
前端工艺完成后，晶圆在切割前需进行最终检测。必须识别多层累积缺陷、应力诱导损伤及亚表面损伤，以保障良率。
- **晶圆切割**
此时，包含数百至数千个独立芯片的完整晶圆需被精确分割为单个芯片。晶圆切割过程中，机械应力可能在切割线产生亚表面裂纹和缺口——这些表面不可见的缺陷可能导致后续芯片失效。
- **晶粒粘接、封装与最终测试**
封装是半导体制造的最终环节，将裸硅芯片转化为具备保护性、电气连接性及机械强度的组件，以满足PCB集成需求。此阶段需完成单颗芯片的粘接、封装及电气测试。处理或封装过程中的机械损伤将危及长期可靠性。
当表面检测不足时，短波红外成像技术可提供解决方案
硅在可见光谱中呈不透明状态，但在短波红外（SWIR）波长下会部分透明，允许光线穿透材料。 这使得在表面看似完美无瑕的情况下，仍能检测内部结构与缺陷，如同透过光滑玻璃窗观察内部裂纹。短波红外成像技术可获取硅材料及相关工艺层的亚表面信息与材料对比度，从而在半导体制造流程中实现更早期的缺陷检测、更优化的工艺控制以及更可靠的生产决策。
半导体制造的每个阶段都要求极高精度，因为早期引入的缺陷会贯穿整个工艺过程，影响良率和可靠性，并可能导致数月生产周期的大幅延误。随着器件结构不断缩小，检测挑战已超越表面层面，短波红外成像已成为有效工艺控制的关键技术，它能揭示仅凭可见光检测无法解决的亚表面特征和材料变化。
晶圆入厂检测
检测必须在下游增值环节启动。首要且最关键的检测步骤之一是识别晶体生长过程中因内部热应力不均导致的隐蔽裂纹及亚表面缺陷，或后续切割与机械加工引入的缺陷。
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这些微裂纹通常在表面不可见，却可能在后续高温工序中扩展，导致晶圆破裂、良率损失或潜在器件故障。若以损伤晶圆启动 半导体工艺，不仅效率低下，更因缺陷在后续工序中持续扩散放大而造成高昂成本与重大风险。
贯穿制造流程的检测
短波红外成像技术贯穿整个制造流程，在关键步骤（如蚀刻）中通过检测残留材料和工艺层清除不完全现象来增强检测能力。这种早期缺陷识别有助于预防下游问题，支持稳定的高品质晶圆生产。
后端检测保障质量与可靠性
经前端处理后、切割前，晶圆需接受最终检测以评估多层累积缺陷。此阶段，短波红外成像可检测亚表面裂纹、空洞、结构缺陷及对位问题。
此外，晶圆切割产生的机械应力可能导致切割线沿线出现裂纹和缺口——这些缺陷表面可能无法立即显现。
短波红外线扫描相机可用于观察切割路径并沿划片线进行监测，从而早期发现边缘处的裂纹萌生。
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展望未来，JAI即将推出满足先进晶圆与器件检测不断升级需求的新产品，全面覆盖半导体制造全流程的检测需求。
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