一种晶圆检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种晶圆检测装置及检测方法，所述检测装置包括脉冲激光器、第一分束器、第二分束器、光学延迟线、光电探测器、可编程延迟电路、控制器、调束光路、空间光调制器、非线性晶体、固定夹具、聚焦光路和太赫兹探测器。本发明专利技术不设机械扫描装置，待测晶圆无需进行移动扫描，同时利用电控的空间光调制器进行哈达玛矩阵的切换，可提高切换速度，并有效提高晶圆无损检测的速度和精度。损检测的速度和精度。损检测的速度和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆检测装置及检测方法


[0001]本专利技术属于半导体生产制造
，具体涉及一种晶圆检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]传统对于晶圆内部结构的无损检测，通常采用X光对晶圆进行透视成像。随着晶圆工艺的不断提升，电路的尺寸也越来越小。X射线属于电离辐射，微电路对于高能射线的耐受能力有限，由于总剂量效应的存在，高剂量的高能射线可能对晶圆内部的电路结构造成破坏，所以这种方式并不是真正的“无损”检测。而传统的超声波检测、涡流检测、声发射检测等无损检测手段空间分辨率很低，通常用于大型构件的检测，而无法应用于晶圆检测，因此亟需寻找一种能替代X光用于晶圆无损检测的替代手段。
[0003]太赫兹的波长介于微波与红外线之间，它对于非极性物质和介电材料具有很强的穿透力，而对于金属则基本无法穿透，因此可以用于对晶圆进行无损检测。而太赫兹属于远红外波段，其光子能量远远小于X光，是非电离辐射，因此晶圆内部电路不会因其长时间照射而导致损坏。而且太赫兹波具有很好的时间和空间相干性，用于检测时可以获取其电场的强度信息和相位信息，因此可以进行光谱测量，获取目标的折射率、吸收系数和介电常数等信息。
[0004]目前，研究者已经开始尝试使用太赫兹时域光谱技术(THz
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TDS)用于对芯片的封装进行检测，如Yao Lu提出了一种基于THz
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TDS技术来对芯片进行成像，并利用反卷积算法来提高成像质量，最后利用深度学习来自动判断芯片的故障类别。(参见Yao Lu,Qi Mao,and Jingbo Liu,“A Deep Transfer Learning Model for Packaged Integrated Circuit Failure Detection by Terahertz Imaging”,IEEE Accesss,vol.9,p.138608
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138617,2021.)
[0005]受限于太赫兹波的波长，与X射线成像相比，太赫兹光谱成像还是存在成像分辨率较低的缺点。当频率在1THz时，根据瑞利判据，图像的远场空间分辨理论最高只能达到180微米。通过反卷积算法，可以有效提高图像质量，但是还是无法突破分辨率的限制。
[0006]由于太赫兹面阵探测器相关技术尚不成熟，目前THz
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TDS技术中通常使用光电导天线来作为探测器。这种探测器不具备空间分辨能力，因此在进行成像时，需利用机械装置将样品按照一定步进距离进行移动来扫描成像。这种成像方式导致成像速度较慢，而且成像质量也受移动精度的影响。由于机械装置的加工精度和反应速度很难大幅度提升，其成像速度和成像质量未来也很难有显著提升的空间。
[0007]中国专利技术专利“一种太赫兹成像装置和方法”(CN201510677053.1)公开了一种在预制掩膜板上制作哈达玛(Hadamard)矩阵，利用哈达玛矩阵对样品反射的太赫兹波进行调制，利用无空间分辨能力的太赫兹探测器进行采集，利用算法将图像进行重建的成像方法。在这种方法中，样品是固定不动的，掩膜板则需要按照一定的速度进行移动。这种方法实质上是将样品的移动转换为了掩膜板的移动，其成像速度受掩膜板的移动速度影响，而成像质量则受掩膜板的加工精度和信号采样的信噪比决定。这种方法在一定程度上提高了太赫
兹成像的速度和质量，但是这种方法还是属于远场成像，无法从根本上提高成像的分辨率，而成像速度提升程度也有限。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出一种晶圆检测装置，主要解决上述两个技术问题：一是提高对晶圆的成像的空间分辨率，使其分辨率可以达到判断晶圆内部故障的程度；二是提高太赫兹成像的速度，使其能够适应晶圆检测的工作条件。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种晶圆检测装置，包括脉冲激光器、第一分束器、第二分束器、光学延迟线、光电探测器、可编程延迟电路、控制器、调束光路、空间光调制器、非线性晶体、固定夹具、聚焦光路和太赫兹探测器；
[0011]所述脉冲激光器用于产生激光脉冲；
[0012]所述第一分束器用于将脉冲激光器产生的激光进行不均匀分束，分束比例为1:N，N为大于或等于10的整数；
[0013]所述第二分束器用于将脉冲激光器产生的激光进行等比例分束，分束比例为1:1；
[0014]所述光电探测器使用高速光电探测器实现；
[0015]所述可编程延迟电路利用现场可编程逻辑阵列实现；
[0016]所述控制器控制激光器发射脉冲，并采集太赫兹信号，同时控制空间光调制器按照指定的哈达玛矩阵序列进行状态转换；
[0017]所述调束光路用于将激光光斑尺寸调整至与空间光调制器相匹配的尺寸；
[0018]所述空间光调制器，用于对激光光斑进行调制。空间光调制器由多个微型像元组成，每个微型像元均可单独接受电信号控制。当接受激光光斑的照射时，可控制指定的部分像元将入射激光反射至非线性晶体，而其余部分像元则将入射激光反射至其它方向，使其不照射非线性晶体，从而实现对激光光斑的调制；
[0019]所述非线性晶体用于在受调制的激光光斑照射下，在被照射的部分产生光整流效应从而二次产生太赫兹光，而未被照射的部分则不产生太赫兹光；
[0020]所述固定夹具用于控制待测晶圆与非线性晶体之间的距离，所述距离控制在100微米以下；
[0021]所述聚焦光路用于将穿透待测晶圆的太赫兹光进行聚焦，利用太赫兹菲涅尔透镜组来实现；
[0022]所述光学延迟线用于调整激光相位，通过反射镜组和电控光学基座来实现；
[0023]所述太赫兹探测器使用光电导天线将太赫兹信号转换为电信号，并将光电导天线放置于聚焦光路的焦平面位置。
[0024]进一步地，所述激光脉冲的脉冲宽度小于150飞秒，中心波长为780
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800纳米。
[0025]进一步地，所述高速光电探测器为雪崩二极管，峰值光谱响应为780
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900纳米，死时间小于20纳秒。
[0026]进一步地，所述调束光路使用激光扩束镜实现。
[0027]进一步地，所述非线性晶体为薄板状，厚度介于70至150微米之间，材料为闪锌矿半导体材料。
[0028]本专利技术还提供一种晶圆检测装置的检测方法，所述脉冲激光器与控制器通过信号电缆连接，所述控制器通过信号电缆给出使能控制信号，脉冲激光器在使能控制信号的控制下产生发射激光脉冲；所述脉冲激光器发射的激光脉冲通过第一分束器分成功率不等的两部分，功率较小的部分作为触发光，功率较高的部分进入第二分束器被分为功率相等的两部分，其中一部分作为探测光，用于经调制后照射待测晶圆，另一部分作为测量光，用于激活所述太赫兹探测器的光电导天线；所述触发光经过所述光电探测器转换为电脉冲信号；电脉冲信号经信号电缆传输至所述可编程延迟电路，时间延迟后，通过信号电缆传输至控制器；该经过时间延迟的电脉冲信号作为控制器进行数据采集的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆检测装置，其特征在于：包括脉冲激光器、第一分束器、第二分束器、光学延迟线、光电探测器、可编程延迟电路、控制器、调束光路、空间光调制器、非线性晶体、固定夹具、聚焦光路和太赫兹探测器；所述脉冲激光器用于产生激光脉冲；所述第一分束器用于将脉冲激光器产生的激光进行不均匀分束，分束比例为1:N，N为大于或者等于10的整数；所述第二分束器用于将脉冲激光器产生的激光进行等比例分束，分束比例为1:1；所述光电探测器使用高速光电探测器实现；所述可编程延迟电路利用现场可编程逻辑阵列实现；所述控制器控制激光器发射脉冲，并采集太赫兹信号，同时控制空间光调制器按照指定的哈达玛矩阵进行状态转换；所述调束光路用于将激光光斑尺寸调整至与空间光调制器相匹配的尺寸；所述空间光调制器，用于对激光光斑进行调制，其由多个微型像元组成，每个微型像元均单独接受电信号控制；当接受激光光斑的照射时，控制指定的部分像元将入射激光反射至非线性晶体，其余部分像元将入射激光反射至其它方向，使其不照射非线性晶体，从而实现对激光光斑的调制；所述非线性晶体用于在受调制的激光光斑照射下，在被照射的部分产生光整流效应从而二次产生太赫兹光，而未被照射的部分则不产生太赫兹光；所述固定夹具用于控制待测晶圆与非线性晶体之间的距离，所述距离控制在100微米以下；所述聚焦光路用于将穿透待测晶圆的太赫兹光进行聚焦，利用太赫兹菲涅尔透镜组来实现；所述光学延迟线用于调整激光相位，通过反射镜组和电控光学基座来实现；所述太赫兹探测器使用光电导天线将太赫兹信号转换为电信号，并将光电导天线放置于聚焦光路的焦平面位置。2.根据权利要求1所述的晶圆检测装置，其特征在于：所述激光脉冲的脉冲宽度小于150飞秒，中心波长为780
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800纳米。3.根据权利要求1所述的晶圆检测装置，其特征在于：所述高速光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：文斐，孔德峰，胡纯栋，沈飊，梁立振，曹宏睿，叶扬，訾鹏飞，屈浩，谭名昇，钱玉忠，裴明雪，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：