[實用新型]一種半導體晶圓厚度檢測系統

有效

• 申請號: 201220125662.8
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN202511762U
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 陳堅;吳周令
• 申請（專利權）人: 吳周令
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

技術領域

本實用新型涉及精密光學檢測領域，具體是一種半導體晶圓厚度檢測系統。

背景技術

作為微電子領域和太陽能光伏領域最常用的半導體晶圓，如硅晶圓，它的厚度是一個極其重要的參數指標。對于微電子器件來說，硅晶圓厚度的控制有助于減小各個生產流程中產生的機械應力，以保證所生產器件的性能穩定性。對于晶硅太陽能電池來說，硅晶圓厚度直接影響電池的光電性能。因此，通過精確測量來控制硅晶圓厚度是大規模工業化生產的一個基本要求。

目前常用的測量硅晶圓厚度的方法有兩種：一種是機械式測量方法，利用千分尺等高精度量具直接測量；一種是利用阻抗法，即利用硅晶圓形成一個RF電橋結構，并通過測量電容或是渦流損耗來確定硅晶圓厚度。機械式測量方法精度較高，但是測量速度慢，并因為其接觸式測量得特性，極易造成硅片的破裂損壞，該方法只適用于實驗室內對小批量的樣品進行測量。阻抗法有高效、不損傷硅片表面質量等優點，但其精確性受被測材料特性影響較大，特別是被測材料的電阻率。當被測樣品的電阻率均勻性較差或是與設備校正樣片的電阻率差別較大時,其測試誤差也較大。

太赫茲波通常是指頻率范圍在0.1?THz到10?THz（1?THz?=?10¹²?Hz）區間的電磁波，介于微波和紅外光之間。太赫茲波的光子能量遠低于可見光和X射線，僅為可見光的千分之一，X射線的百萬分之一，對人體危害極小；太赫茲波波長較長（1?THz?～?300?μm），在測量時對樣品表面粗糙度要求不高，受物質散射影響小；太赫茲波對很多材料，特別是硅晶圓等半導體材料透明度高，可用于這些材料的質量控制。

太赫茲時域技術通過泵浦-探測法來測量太赫茲波在時域上的瞬時電場，可同時獲得幅度和位相信息，同時也可獲得飛秒量級的時間分辨率，這有別于常用的光學測量。常用的光學測量方法通常只是通過測量光波的能量來獲取相關信息。因而，太赫茲時域技術用于測量，能提供很多傳統光學測量技術所不能提供的信息，因此有著很廣的應用前景。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種半導體晶圓厚度檢測系統，其檢測對半導體晶圓表面材料特性均勻度無要求，且測量精度高，測量操作簡單。

本實用新型的技術方案為：

一種半導體晶圓厚度檢測系統，它是由飛秒激光器、設置于飛秒激光器發射口后端的分束器、設置于分束器后端的太赫茲波激發光路部分和太赫茲波探測光路部分、依次設置于太赫茲波激發光路部分和太赫茲波探測光路部分后端的太赫茲波/光波合束器、太赫茲波探測器、偏振變化測量裝置組成；所述的太赫茲波激發光路部分包括順次設置的第一激光聚焦透鏡、太赫茲波發射器、第一太赫茲波收集器、太赫茲波反射鏡、太赫茲波分束器、太赫茲波透鏡、樣品臺、第二太赫茲波收集器組成；所述的太赫茲波探測光路部分包括順次設置的光學延遲裝置、第一激光反射鏡、第二激光聚焦透鏡、第二激光反射鏡。

所述的太赫茲波分束器的前表面設置有太赫茲波吸收鏡。

所述的太赫茲波發射器選用太赫茲光導天線或電光晶體；所述的第一太赫茲波收集器和第二太赫茲波收集器均選用金屬離軸拋面鏡；所述的太赫茲波探測器選用電光晶體。

所述的偏振變化測量裝置是由第三激光聚焦透鏡、激光四分之一波片、沃拉斯頓棱鏡和光電探測器組成。

本實用新型的檢測原理為：

所述的太赫茲波探測器是電光晶體，當太赫茲波照射在晶體上，由于線性電光效應，會引起晶體折射率的變化，產生雙折射；折射率的變化量正比于太赫茲波電場。此時，當探測激光通過晶體時，偏振狀態會發生改變，通過偏振變化測量裝置測量探測激光偏振狀態的改變量，可獲得脈沖太赫茲波的電場信息。探測光脈沖寬度在飛秒量級，遠小于太赫茲波的脈沖寬度（皮秒量級），故可看作一個探針，來對太赫茲波進行采樣；

實際測量時，通過掃描光學延遲裝置來調節探測光路與激發光路之間的光程差。當這兩路光之間的光程差較大，即探測光先于或落后于太赫茲波到達太赫茲波探測器，此時沒有信號；只有當兩路光之間的光程相近，兩路光幾乎同時到達太赫茲探測器時才能獲得信號。當兩路光之間光程完全一致，即兩路光同時到達太赫茲波探測器，信號到達峰值。

本實用新型半導體晶圓厚度檢測系統，不局限于半導體晶圓，還可以包括其它材料，如金屬和介質材料。

本實用新型的優點：

（1）、半導體晶圓本身光學性質，如折射率等，只影響測得信號幅度的大小，而不改變測得信號的形狀和時間延遲，因此，即使樣品表面或內部的光學性質不均勻，對測量結果也沒有影響；