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半導體晶圓PL光譜測試系統

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半導體晶圓PL光譜測試系統針對第三代半導體,如GaN、InGaN、AlGaN等,進行溫度相關光譜和熒光壽命測試。同時可測量外延片的膜厚、反射率及相應的Mapping圖。

詳細信息 在線詢價

面向半導體晶圓檢測的光譜測試系統

熒光測試
熒光光譜的峰值波長、光譜半寬、積分光強、峰強度、熒光壽命與電子/空穴多種形式的輻射復合相關,雜質或缺陷濃度、組分等密切相關
半導體晶圓PL光譜測試系統
膜厚&反射率&翹曲度
通過白光干涉技術測量外延片的薄膜厚度(Thickness)、反射率(PR)以及晶片翹曲度
熒光光譜
半導體晶圓PL光譜測試系統
系統特點
半導體晶圓PL光譜測試系統
面向半導體晶圓檢測的光譜測試系統
半導體晶圓PL光譜測試系統
光路結構示意圖
半導體晶圓PL光譜測試系統
自動掃描臺:兼容2寸、4寸、8寸晶圓
可升級紫外測量模塊、翹曲度測量模塊
側面收集模組:用于AlGaN樣品(發光波段200-380 nm),因為AlGaN輕重空穴帶反轉使其熒光發光角度為側面出光,因此需要特殊設計的側面收光模塊。
翹曲度測量模塊
翹曲度測量模塊集成在顯微鏡模組中,利用晶圓表面反射回的375nm激光,利用離焦量補償實現表面高度的測量,對晶圓片的高度掃描后獲得晶圓形貌,從而計算翹曲度的數值。
半導體晶圓PL光譜測試系統
該模塊不僅可以測量晶圓的形貌和翹曲度,同時還可以起到激光自動對焦的作用,使得晶圓片大范圍移動時,用于激發熒光的激光光斑在晶圓表面始終保持最佳的聚焦狀態,從而極大的提供熒光收集的效率和分辨率。

物鏡

5x

NA=0.28

20x

NA=0.40

100x

NA=0.8

離焦量z分辨率

< 1 μm

< 0.5 μm

< 0.06 μm

激光光斑尺寸(焦點處)

~2 μm

~2 μm

~1 μm

測量時間(刷新頻率)

< 20 ms(50 Hz),可調節最高100 Hz

紫外測量模塊
紫外測量模塊的功能主要由集成在顯微鏡模組中的5x紫外物鏡和側面收集模塊實現。可選擇213nm或266nm的激光進行激發,聚焦光斑約10微米,可選擇通過該物鏡收集正面發射的熒光,通過單色儀入口1進行收集和測量。
針對AlGaN的發光波段(200-380nm),尤其是Al組分較大(70%)的AlGaN由于輕重空穴帶反轉,其熒光發光角度為側面出光,因此設置側面收集模組,將側面發出的熒光通過一個單獨傾斜60度角的物鏡收集后,通過光纖傳入單色儀入口2進行收集和測量。
可通過翹曲度模塊對晶圓片形貌進行測量后,再進行紫外熒光測量時,根據記錄的形貌高度,Z軸移動實現晶圓片高度方向的離焦量補償,使得晶圓片大范圍移動時,激光光斑在晶圓表面始終保持最佳的聚焦狀態,從而極大的提供熒光收集的效率和分辨率。
軟件界面
晶圓Mapping軟件界面
半導體晶圓PL光譜測試系統
數據分析軟件界面
半導體晶圓PL光譜測試系統
應用案例
6英寸AlGaN晶圓測試
隨著AlGaN中Al所占比例的增加,可看到發光峰位出現了藍移,當Al的含量占到70%的時候,峰位已經藍移至238nm。對AlGaN晶圓進行Al組分比例面掃描,可以看到晶圓中Al的組分分布情況。
半導體晶圓PL光譜測試系統
MicroLED微區PL熒光光譜Mapping
MicroLED微盤,直徑40微米。圖(A):熒光PL Mapping圖像,成像區域45×45微米;圖(B):圖(A)所示紅線,m0-m11點,典型熒光光譜。
半導體晶圓PL光譜測試系統
半導體晶圓PL光譜測試系統
MicroLED微盤的熒光強度3D成像
2英寸綠光InGaN晶圓熒光光譜測試
從InGaN的峰強分布來看,在晶圓上峰強分布非常不均勻,強發光大約位于P2點附近,而有些位置幾乎不發光。發光峰位在500-530nm之間,分布也很不均勻。波長在510nm(P2位置)發光強。波長越靠近530nm(P1位置),發光越弱。
半導體晶圓PL光譜測試系統
2英寸綠光InGaN晶圓熒光壽命測試
半導體晶圓PL光譜測試系統
從以上熒光壽命成像得到,綠光InGaN熒光壽命在4ns-12ns之間。沿著P1-P3白線,熒光壽命減小。
半導體晶圓PL光譜測試系統
從晶圓上分布看,熒光壽命與熒光強度成像的趨勢大致相符,而且峰位有明顯關聯。即沿著峰位藍移方向(藍移至500nm),熒光發光強度增強而且壽命增加,說明輻射復合占據主要比例。而沿著峰位紅移的方向(藍移至530nm),發光強度減弱,同時壽命減小,說明非輻射復合占據主要比例。
面向半導體晶圓檢測的光譜測試系統
性能參數:

熒光激發和收集模塊

激光波長

213/266/375 nm

激光功率

213nm激光器,峰值功率>2.5kw@1KHZ,266nm激光器,輸出功率2-12mw可調

自動對焦

•    在全掃描范圍自動聚焦和實時表面跟蹤

•     對焦精度<0.2微米


顯微鏡

•用于樣品定位和成像

•近紫外物鏡,100X/20X,用于375nm激光器,波長范圍355-700 nm
•紫外物鏡, 5X,用于213 nm/266nm的紫外激發, 200-700 nm


樣品移動和掃描平臺

平移臺

•掃描范圍大于300x300mm。

•最小分辨率1微米。



樣品臺

•8寸吸氣臺(12寸可定制)

•可兼容2、4、6、8寸晶圓片


光譜儀

探測器


光譜儀

•320 mm焦長單色儀,可接面陣探測器。

•光譜分辨率:優于0.2nm@1200g/mm


可升級模塊

翹曲度測量模塊

重復測量外延片統計結果的翹曲度偏差<±5um

紫外測量模塊

5X紫外物鏡,波長范圍200-700 nm。應用于213 nm、266nm的紫外激發和側面收集實現AlGaN紫外熒光的測量

膜厚測試模塊

重復測量外延片Mapping統計結果的膜厚偏差<±0.1um

熒光壽命測試模塊

熒光壽命測試精度8 ps,測試范圍50 ps-1 ms

軟件

控制軟件

可選擇區域或點位自動進行逐點光譜采集

Mapping數據分析軟件

•可對光譜峰位、峰高、半高寬等進行擬合。

•可計算熒光壽命、薄膜厚度、翹曲度等。
•將擬合結果以二維圖像方式顯示。


面向半導體晶圓檢測的光譜測試系統
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北京卓立漢光儀器有限公司

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手機:13810146393

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傳真:010-56370118

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