纳米的世界：布勒莱宝光学HELIOS磁控溅射镀膜设备迎接半导体光学的挑战

半导体光学的挑战

　　当下，半导体光学技术在我们的日常生活中已经随处可见，诸如智能手机的3D人脸识别、工业机器人、自动驾驶的激光雷达（LiDAR）等。无论在传统的通讯领域，还是新兴的人机交互、智能感知领域，都拥有无限发展的应用潜力。

　　对于半导体光学的制造环节来说，相比于传统封装，要在晶圆级别高度集成光学功能，这对磁控溅射真空镀膜技术提出更高的挑战。

　　有人曾这样形容磁控溅射技术——就像往平静的湖水里投入了石子溅起水花。磁控溅射真空镀膜技术是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）的一种，其原理是：用带电粒子加速轰击靶材表面，发生表面原子碰撞并产生能量和动量的转移，使靶材原子从表面逸出并沉积在衬底材料上的过程。磁控溅射镀膜是生产具有不同复杂性和高均匀性膜层的有效技术。在晶圆级别高度集成光学功能的半导体封装工艺中，要求这些器件的像素尺寸低至几微米，并对颗粒污染具有极严格的标准。对直径12英寸的晶圆实现完全自动化生产加工，以满足半导体制造的要求。

　　布勒莱宝光学的HELIOS系列产品迎接了半导体光学的这一挑战，该系列真空溅射镀膜设备能够满足8英寸（HELIOS 800）和12英寸（HELIOS 1200）晶圆的光学镀膜要求。

纳米世界的新趋势

　　正在兴起的应用是高光谱成像（HSI）中，多个滤光片用于在单通道中实现多个颜色传感器的方案。与传统智能手机相机中使用的3个标准传感器（红、绿、蓝）相比，高光谱成像（HSI）相机可以为色彩感应增加深度，提高色彩质量。根据所需的光学性能，复杂的膜层设计可以达到数百层，总厚度达到50微米。高光谱成像（HSI）技术在食品品质检测中得到了应用，该技术可用于评估人眼感知之外的食物质量，帮助消费者更好的选择满意的食品。

　　另一个当下流行的光学传感器行业中，对于环境光传感器（ALS）或3D传感器等，会使用涉及SiO2、TiO2、HfO2、Al2O3、Nb2O5，Ta2O5或aSi:H等镀膜材料的光学干涉滤光片。环境光传感器需要至少一个能够检测可见光范围内的入射光子的滤光片。面部识别等3D传感器应用高度依赖于用作激发源的红外光（约940 nm），这意味着探测器必须配备高效的窄带红外滤光片。生物识别滤光片是3D传感器构成的核心器件，其主要原理就是通过特殊的光学膜系设计实现特定波段光的高透射或者高反射，帮助相应的产品完成生物信息的提取和筛选。

　　低角度漂移滤光片是完成3D成像的技术核心，也是制造难点。对生产这款滤光片的设备而言，首先要求超高的精度和稳定性，其次能解决效率和产能问题，并且具有随着滤光片技术指标的变化而不断改进的可能性。目前，布勒莱宝光学的设备拥有优于万分之一的控制精度——这些都是滤光片生产商所关心的。

　　布勒莱宝光学是专业的光学镀膜设备供应商，Helios系列能够提供3D摄像技术中的关键滤光片制作的解决方案，在技术指标方面，0到30度的波长漂移小于10nm，满足目前主流客户的批量生产要求。

微型化且高度集成化的晶圆加工趋势

　　在经历的了疫情的寒冬之后，全球半导体产业产值增速逐季下滑，但是随着市场逐步企稳，汽车电动智能化也迎来了增长，受后疫情时代消费回暖的影响，将持续拉升芯片的需求。

　　同时，晶圆加工微型化要求工艺朝着所有组件和光学器件的全面集成方向发展。针对在半导体环境中生产介质薄膜的不同需求，布勒莱宝光学扩展了原有的HELIOS磁控溅射系统产品系列，HELIOS 800型号可加工最大8英寸晶圆，HELIOS 1200型号可加工最大12英寸晶圆。该系列产品应用的范围极广，例如荧光显微检测，膜层总数达到200层，膜层总厚度20微米，最薄膜层厚度仅为4纳米，镀膜时间仅需要15小时。

　　HELIOS系列的核心是其独特的技术-等离子体辅助反应磁控溅射（PARMS）工艺与高精度在线测量控制系统（OMS光学监测系统）相结合。从2003年的首次面世，能够处理4英寸的基材镀膜开始，到2006年、2011年、2020年的3次技术升级，历经20年的积淀，现在HELIOS已然拥有更强大的能力——高效处理6英寸、8英寸甚至12英寸的基材镀膜，设备产能更是不断刷新。