一种晶圆光致发光检测装置与方法与流程

本发明主要涉及半导体晶圆检测，尤其是一种晶圆光致发光检测装置与方法。

背景技术：

1、随着技术发展，半导体技术在日常领域应用越来越广泛；半导体生产从前到后有不同的，复杂的，数量众多的工艺段/工艺制程。由于工艺繁杂，工序多，所以每一段都需要有严格的质量检查和评定的仪器与方法；例如在晶圆阶段，需要对半导体进行外观缺陷检测，或者是光致发光测量。从而将该制程段的不良品拦截下来，防止继续流入后续工艺段，影响产品的良率。同时发现不良也可以促进工艺改进和优化。

2、在半导体晶圆检测阶段，其检测的分辨率高，需要用到显微成像装置，而这种高分辨率的显微成像，其景深一般是很小的，一般在50μm以下。但是晶圆片一般存在较大的起伏，同时检测平台下端的xy平台在运行中无法保证严格的水平移动。这样导致在拍摄不同区域时，很有可能晶圆片超出景深范围之外，导致成像模糊，无法实现精准的缺陷测量。

3、现有技术中存在基于光谱共焦的内同轴式对焦装置，该装置将第一光路与第二光路集成，简化了整个系统的结构。然而，在晶圆检测领域，仍然缺乏同时集成了光致发光光谱检测模块、自动对焦模块和成像检测模块的晶圆光致发光检测装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种晶圆光致发光检测装置和方法，将光致发光光谱检测模块、自动对焦模块和成像检测模块集成，简化了检测系统的结构。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种晶圆光致发光检测装置，包括：

3、移动载台，用于承载待测样品；

4、沿第一光路依次设置的光源模块、光纤光路、管镜和物镜，以及光谱仪和自动对焦模块；其中，所述物镜具有一定的轴向色散；

5、所述光源模块用于发出复色光，经所述光纤光路进入所述管镜；所述物镜安装于所述管镜远离所述光源模块的一端，用于将所述光源模块发出的所述复色光聚焦，垂直照射在所述待测样品的表面，并收集所述待测样品表面反射的所述复色光；所述光谱仪通过光纤光路与所述管镜相连，用于采集反射的所述复色光的光谱信息；所述自动对焦模块依据所述光谱信息调整所述移动载台和所述物镜的间距，使得所述待测样品的表面处于目标波长的光束的焦平面，以实现自动对焦；

6、所述光源模块还用于在对焦完成后，发出单色光，经所述光纤光路进入所述管镜，再经过所述物镜照射到所述待测样品的表面；所述光谱仪还用于接收所述待测样品接收到所述单色光后产生的激发光，进行光致发光光谱测量；

7、所述晶圆光致发光检测装置还包括相机模块、分光模块和色散补偿透镜，所述相机模块在第二光路上与所述管镜、所述物镜、所述色散补偿透镜依次设置，接收来自所述待测样品表面的成像光，用于对焦完成后对所述待测样品的表面进行拍照3d测量；所述分光镜用于调整所述第一光路和/或所述第二光路的方向，分离所述第一光路和所述第二光路；所述色散补偿透镜用于在所述第一光路和所述第二光路分离后，仅在第二光路中补偿所述物镜的轴向色散。

8、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

9、所述光源模块是多通道光源模块，根据需求发出所述单色光或所述复色光。

10、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

11、所述光源模块包括宽谱光源模块和单色光源模块，其中，所述宽谱光源模块用于发出所述复色光，所述单色光源模块用于在对焦完成后发出所述单色光。

12、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

13、所述光源模块包括多个单色光源模块，其中，所述多个单色光源模块发出不同波长的单色光，当所述多个光源模块同时开启时，所述光源模块发出所述复色光，当只开启其中一个单色光源模块时，所述光源模块发出所述单色光。

14、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

15、所述光源模块在对焦完成后，发出的所述单色光的波长是可选的。

16、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

17、所述色散补偿透镜是单个透镜或透镜组。

18、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

19、所述光纤光路包括第一光纤探头和至少一个光纤耦合器，所述第一光纤探头用于连接所述光纤光路与所述管镜，所述第一光纤探头位于所述物镜在所述目标波长下的像平面处。

20、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

21、所述相机模块可以在晶圆面上间隔一定距离进行一次测量。

22、进一步地，上述晶圆光致发光检测装置，还包括：

23、自动对焦模块依据所述光谱信息，调整所述移动载台和/或所述物镜在空间中的位置，使得所述待测样品的表面处于目标波长的光束的焦平面，以实现自动对焦。

24、按照本发明的第二个方面，还提供了一种晶圆光致发光检测方法，使用上述晶圆光致发光检测装置，包括：

25、光源模块发出复色光，经光纤光路进入管镜；

26、光谱仪采集经物镜聚焦后的，在待测样品表面反射的所述复色光的光谱信息；

27、自动对焦模块依据所述光谱信息调整移动载台和所述物镜的间距，使得所述待测样品的表面处于目标波长的光束的焦平面，以实现自动对焦；

28、所述光源模块在对焦完成后，发出单色光，经过物镜照射到所述待测样品的表面；所述光谱仪还接收所述待测样品接收到所述单色光后产生的激发光，进行光致发光光谱测量。

29、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

30、（1）本发明提供的晶圆光致发光检测装置，将光谱共焦法对焦应用于晶圆的光致发光光谱检测中，使得对焦过程和光致发光光谱检测过程中可以共用光路和光谱仪模块，简化了系统结构，并能实现准确的自动对焦；通过分光镜和管镜的设置，可以同时实现晶圆的自动对焦、拍照3d测量和光致发光光谱检测；

31、（2）本发明提供的晶圆光致发光检测装置，通过具有一定色散的物镜，更好的实现光谱共焦法对焦，并通过设置色散补偿透镜，只调整相机成像这一路的色散，对光谱共焦光路的色散不产生影响。

技术特征：

1.一种晶圆光致发光检测装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

3.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

4.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

5.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

6.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

7.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

8.如权利要求1所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

9.如权利要求1-8中任一项所述的晶圆光致发光检测装置，其特征在于：

10.一种晶圆光致发光检测方法，其特征在于，使用如权利要求1-9中任一项所述的晶圆光致发光检测装置，包括：

技术总结
本发明公开了一种晶圆光致发光检测装置和方法，包括：移动载台，用于承载待测样品；依次设置的光源模块、光纤光路、管镜和物镜，还包括光谱仪和自动对焦模块；还包括相机模块、分光模块和色散补偿透镜。本发明提供的晶圆光致发光检测装置，将光谱共焦法对焦应用于晶圆的光致发光光谱检测中，使得对焦过程和光致发光光谱检测过程中可以共用光路和光谱仪模块，简化了系统结构，并能实现准确的自动对焦；通过分光镜和管镜的设置，可以同时实现晶圆的自动对焦、拍照3D测量和光致发光光谱检测。

技术研发人员：洪志坤,孙军强,郑增强,朱寒
受保护的技术使用者：武汉精立电子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20