面向半导体晶圆检测的光谱测试系统
荧光测试
荧光光谱的峰值波长、光谱半宽、积分光强、峰强度、荧光寿命与电子/空穴多种形式的辐射复合相关，杂质或缺陷浓度、组分等密切相关
膜厚&反射率&翘曲度
通过白光干涉技术测量外延片的薄膜厚度（Thickness）、反射率(PR)以及晶片翘曲度
荧光光谱
系统特点
面向半导体晶圆检测的光谱测试系统
光路结构示意图
自动扫描台：兼容2寸、4寸、8寸晶圆
可升级紫外测量模块、翘曲度测量模块
侧面收集模组：用于AlGaN样品（发光波段200-380 nm），因为AlGaN轻重空穴带反转使其荧光发光角度为侧面出光，因此需要特殊设计的侧面收光模块。
翘曲度测量模块
翘曲度测量模块集成在显微镜模组中，利用晶圆表面反射回的375nm激光，利用离焦量补偿实现表面高度的测量，对晶圆片的高度扫描后获得晶圆形貌，从而计算翘曲度的数值。
该模块不仅可以测量晶圆的形貌和翘曲度，同时还可以起到激光自动对焦的作用，使得晶圆片大范围移动时，用于激发荧光的激光光斑在晶圆表面始终保持良好的聚焦状态，从而极大的提供荧光收集的效率和分辨率。
物镜 | 5x NA=0.28 | 20x NA=0.40 | 100x NA=0.8 |
离焦量z分辨率 | < 1 μm | < 0.5 μm | < 0.06 μm |
激光光斑尺寸（焦点处） | ~2 μm | ~2 μm | ~1 μm |
测量时间（刷新频率） | < 20 ms(50 Hz），可调节100 Hz | ||
紫外测量模块
紫外测量模块的功能主要由集成在显微镜模组中的5x紫外物镜和侧面收集模块实现。可选择213nm或266nm的激光进行激发，聚焦光斑约10微米，可选择通过该物镜收集正面发射的荧光，通过单色仪入口1进行收集和测量。
针对AlGaN的发光波段（200-380nm），尤其是Al组分较大（70%）的AlGaN由于轻重空穴带反转，其荧光发光角度为侧面出光，因此设置侧面收集模组，将侧面发出的荧光通过一个单独倾斜60度角的物镜收集后，通过光纤传入单色仪入口2进行收集和测量。
可通过翘曲度模块对晶圆片形貌进行测量后，再进行紫外荧光测量时，根据记录的形貌高度，Z轴移动实现晶圆片高度方向的离焦量补偿，使得晶圆片大范围移动时，激光光斑在晶圆表面始终保持的良好的聚焦状态，从而极大的提供荧光收集的效率和分辨率。
软件界面
晶圆Mapping软件界面
数据分析软件界面
应用案例
6英寸AlGaN晶圆测试
随着AlGaN中Al所占比例的增加，可看到发光峰位出现了蓝移，当Al的含量占到70%的时候，峰位已经蓝移至238nm。对AlGaN晶圆进行Al组分比例面扫描，可以看到晶圆中Al的组分分布情况。
MicroLED微区PL荧光光谱Mapping
MicroLED微盘，直径40微米。图（A）：荧光PL Mapping图像，成像区域45×45微米；图（B）：图（A）所示红线，m0-m11点，典型荧光光谱。
MicroLED微盘的荧光强度3D成像
2英寸绿光InGaN晶圆荧光光谱测试
从InGaN的峰强分布来看，在晶圆上峰强分布非常不均匀，z强发光大约位于P2点附近，而有些位置几乎不发光。发光峰位在500-530nm之间，分布也很不均匀。波长在510nm（P2位置）发光z强。波长越靠近530nm（P1位置），发光越弱。
2英寸绿光InGaN晶圆荧光寿命测试
从以上荧光寿命成像得到，绿光InGaN荧光寿命在4ns-12ns之间。沿着P1-P3白线，荧光寿命减小。
从晶圆上分布看，荧光寿命与荧光强度成像的趋势大致相符，而且峰位有明显关联。即沿着峰位蓝移方向（蓝移至500nm），荧光发光强度增强而且寿命增加，说明辐射复合占据主要比例。而沿着峰位红移的方向（蓝移至530nm），发光强度减弱，同时寿命减小，说明非辐射复合占据主要比例。
面向半导体晶圆检测的光谱测试系统
性能参数：
荧光激发和收集模块 | 激光波长 | 213/266/375 nm |
激光功率 | 213nm激光器，峰值功率＞2.5kw@1KHZ，266nm激光器，输出功率2-12mw可调 | |
自动对焦 | ? 在全扫描范围自动聚焦和实时表面跟踪 ? 对焦精度<0.2微米 | |
显微镜 | ?用于样品定位和成像 ?近紫外物镜，100X/20X，用于375nm激光器,波长范围355-700 nm ?紫外物镜, 5X,用于213 nm/266nm的紫外激发, 200-700 nm | |
样品移动和扫描平台 | 平移台 | ?扫描范围大于300x300mm。 ?z小分辨率1微米。 |
样品台 | ?8寸吸气台（12寸可定制） ?可兼容2、4、6、8寸晶圆片 | |
光谱仪 探测器 | 光谱仪 | ?320 mm焦长单色仪，可接面阵探测器。 ?光谱分辨率：优于0.2nm@1200g/mm |
可升级模块 | 翘曲度测量模块 | 重复测量外延片统计结果的翘曲度偏差<±5um |
紫外测量模块 | 5X紫外物镜，波长范围200-700 nm。应用于213 nm、266nm的紫外激发和侧面收集实现AlGaN紫外荧光的测量 | |
膜厚测试模块 | 重复测量外延片Mapping统计结果的膜厚偏差<±0.1um | |
荧光寿命测试模块 | 荧光寿命测试精度8 ps，测试范围50 ps-1 ms | |
软件 | 控制软件 | 可选择区域或指定点位自动进行逐点光谱采集 |
Mapping数据分析软件 | ?可对光谱峰位、峰高、半高宽等进行拟合。 ?可计算荧光寿命、薄膜厚度、翘曲度等。 ?将拟合结果以二维图像方式显示。 |
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