CN104568893A - 半导体晶片的高速荧光光谱检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，涉及半导体晶片检测装置，主要包括机架（1）、半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）、光谱仪（5）、面阵CCD相机（6）、控制计算机（7），其中，半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）和光谱仪（5）均固定在机架（1）上端，半导体晶片运动机构（2）固定在机架（1）下端，所述的半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）、光谱仪（5）、面阵CCD相机（6），在使用时在暗室（8）内。发明的检测装置的优点是既能实现高速扫描半导体晶片，又可获得半导体晶片的荧光光谱形状、强度、峰值波长、半高宽等丰富信息。

Description

半导体晶片的高速荧光光谱检测装置

技术领域

本发明涉及半导体晶片检测装置，特别是一种半导体晶片的高速荧光光谱检测装置。

背景技术

目前，对半导体晶片的荧光光谱检测多采用点激光投射到半导体晶片上，通过 带激光滤光片的光路收集系统收集荧光的同时，滤除激光，将半导体晶片相应点上的荧光收集入光谱仪，在光谱仪内，通过光谱仪上安装的光栅将荧光在空间上按不同波长展开，投射到一线阵CCD上，线阵CCD上不同点上的强度，对应相应点荧光在不同波长下的强度，通过对线阵CCD的读取可获得检测点的荧光光谱曲线。在检测过程中，半导体晶片在水平运动机构的带动下可进行有方向性的运动，从而可获得与运动位置相对应的半导体晶片上各点的荧光光谱数据，并同步传输给控制计算机，由计算机最终形成与半导体晶片上位置相对应的光强、光谱数据信息图，业内称为Mapping图。这种检测方法的不足是获得高密度的Mapping必须使运动机构在半导体晶片上按要求密度逐一点扫描，用时很长。有些荧光光谱检测系统为了提高扫描效率，采用线激光进行扫描，如申请号为201320228457.9的《太阳能硅片高速线扫描光致荧光成像检测设备》专利，虽然可大幅缩短扫描时间，但只能获得相应线激光激发下荧光的光强度信息，不能获得相关的光谱形状、峰值波长、半高宽等信息，而这些信息在荧光光谱检测中也是非常重要的。所以既要实现高速扫描，又可获得荧光光谱形状、强度、峰值波长、半高宽等丰富信息的半导体晶片扫描设备是业内迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于通过一种半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，来解决以上背景技术提到的既能实现高速扫描，又可获得荧光光谱形状、强度、峰值波长、半高宽等丰富信息的半导体晶片扫描设备。

本发明为了达到上述目的所采用的技术方案如下：

本发明主要包括机架1、半导体晶片运动机构2、激光发生装置3、光路收集系统4、光谱仪5、面阵CCD相机6、控制计算机7，其中，半导体晶片运动机构2、激光发生装置3、光路收集系统4和光谱仪5均固定在机架1上端，半导体晶片运动机构2固定在机架1下端，光谱仪5包括：入光狭缝11、第一柱状弧面反射镜12、光栅13、第二柱状弧面反射镜14、出光口15，其中光路收集系统4安装在光谱仪5的入射狭缝前端，面阵CCD相机6安装在光谱仪5的出光口15处，使得激光发生装置3发出的激光线投射在半导体晶片运动机构2上的半导体晶片上形成线形光斑，线形光斑经光路收集系统4和光谱仪5入光狭缝，投射在光谱仪5第一柱状弧面反射镜12上，经第一柱状弧面反射镜12反射到光谱仪5的光栅13上，经光栅13衍射后，将线形光斑按柱状梯形形状沿光的传播方向展开，其中每一个梯形截面代表一段光斑点在空间上按不同连续波长的分布，被展开后的柱状梯形光投射到光谱仪5内的第二柱状弧面反射镜14上，经第二柱状弧面反射镜14反射后，投射到安装在光谱仪5出光口15处的面阵CCD相机6上，所述的半导体晶片运动机构2、激光发生装置3、光路收集系统4、光谱仪5、面阵CCD相机6，在使用时在暗室（8）内，所述的半导体晶片运动机构2可载半导体晶片在平面内沿两个相互垂直方向的运动机构，其中一个运动方向与激光发生装置所投射在半导体晶片上的线形光斑长度方向相垂直，在线形光斑不能一次扫描覆盖所检测半导体晶片需检测区域时，另一方向运动机构用于切换不同扫描区域，所述的光谱仪5入光狭缝与面阵CCD相机6的列方向相平行，所述的光路收集系统4包括一套用于成像的镜头组21和用于滤除激光的滤光片22，使得能够对光路收集系统4焦距的调节，不影响线形光斑在第一柱状弧面反射镜12上的成像大小。

本发明的检测装置的优点是既能实现高速扫描半导体晶片，又可获得半导体晶片的荧光光谱形状、强度、峰值波长、半高宽等丰富信息。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明中光谱仪的结构原理图；

图3为线形光经过光路收集系统的传播图；

图4为垂直于线形光的线方向平面内，线形光经过光路收集系统传播的截面图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明技术特征及其相关技术特征做进一步详述：如附图1-4所示，其中的标号分别表示：1-机架、2-半导体晶片运动机构、3-激光发生装置、4-光路收集系统、5-光谱仪、6-面阵CCD相机、7-控制计算机、8-暗室、11-入光狭缝、12-第一柱状弧面反射镜、13-光栅、14-第二柱状弧面反射镜、15-出光口、21-镜头组、21-1-双胶合正柱面镜一、21-2-负柱面镜、21-3-双胶合正柱面镜二、22-滤光片。

本实施例中主要包括：一种半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，包括：机架1、半导体晶片运动机构2、激光发生装置3、光路收集系统4、光谱仪5、面阵CCD相机6、控制计算机7，所述的激光发生装置3、光路收集系统4和光谱仪5均固定在机架1上端，半导体晶片运动机构2固定在机架1下端，且所述的半导体晶片运动机构2、激光发生装置3、光路收集系4、光谱仪5、面阵CCD相机6在工作时均放置于没有光线的暗室8内，暗室8能有效遮挡外界杂散光对荧光信号的干扰和有效屏蔽激光向暗室外部的泄露，提高检测精度，所述的光路收集系统4安装在光谱仪5的入光狭缝11前端，面阵CCD相机6安装在光谱仪5的出光口15处，入光狭缝11与面阵CCD相机6的列方向相平行，可有效保证线形光斑经光谱仪后与面阵CCD相机列方向的对应性，光路收集系统4包括一套用于成像的成像镜头组21和用于滤除激光的滤光片22，光路收集系统4能将不同波长的光按波长范围进行均匀化处理，成像镜头组按光线传播方向依次排列双胶合正柱面镜一21-1，负柱面镜21-2，双胶合正柱面镜二21-3，其中双胶合正柱面镜一21-1和双胶合正柱面镜二21-3均为负柱面镜和正柱面镜胶合而成，各柱面镜安装均按柱面轴线方向平行共轴安装，双胶合正柱面镜一21-1起到消除光路系统中的球差和色差，双胶合正柱面镜一21-1和负柱面镜21-2配合，消除轴外光聚焦产生的彗差，双胶合正柱面镜二21-3和双胶合正柱面镜一21-1配合，消除轴外光聚焦产生的场曲，向各向发光的线形光斑经过光路收集系统镜头组后被滤除激光，并在光谱仪的狭缝处聚集成像，所成线形像均以垂直于线型像长度方向，向第一柱状弧面反射镜12散开投射，并对不同波长的光起聚焦耦合作用，使其能够均匀入射到光谱仪的入光狭缝11内，调节光路收集系统4的焦距，不影响线形光斑在第一反射镜12上的成像大小，所述的光谱仪包括：入光狭缝11、第一柱状弧面反射镜12、光栅13、第二柱状弧面反射镜14、出光口15，所述的激光发生装置3可输出超细、高均匀激光线，可保证半导体晶片上线形光斑输出的均匀性，有效提高对半导体晶片的检测准确率，激光线投射在半导体晶片上形成线形光斑，线形光斑可看成是由无数点光源排列组成，以其中一个点光源为例，点光源经光路收集系统4在光谱仪5入光狭缝11处成像聚焦后，在垂直于线形光斑长度方向和第一柱状弧面反射镜12、第二柱状弧面反射镜14的柱轴线的平面内，以发射状投射在光谱仪5第一柱状弧面反射镜12上，经第一柱状弧面反射镜12反射后，在该平面内平行投射到光谱仪5的光栅13上，经光栅13衍射后，相同波长的光在该平面内以相对于光栅13表面相同衍射角衍射后，即相同波长的光经过光栅13衍射后平行投射到第二柱状弧面反射镜14上，经第二柱状弧面反射镜14反射后，相同波长的光在该平面内聚焦在光谱仪5出光口15处面阵CCD相机6的同一位置上，不同波长的光在该平面内按波长顺序排列投射在面阵CCD相机6相应行上，线形光斑上其它各点的传播方式与所举例点光源传播方式一样，传播平面相互平行，不同点聚焦在面阵CCD相机6的不同列上，所有传播平面形成线形光斑的传播区域，线形光斑经光谱仪5后，一端被投射到面阵CCD相机6的第一行上，另一端被投射到面阵CCD相机6的最后一行上，光斑中部对应面阵CCD相机6中间各行，其中对光斑的空间密度解析度由面阵CCD相机6的行数决定，对光斑上每个点的光谱解析度由面阵CCD相机6的列数决定，改变光谱仪5第二柱状弧面反射镜14和面阵CCD相机6的距离，可改变面阵CCD相机6各行所检测的波长范围，检测过程中，半导体晶片被放置在半导体晶片运动机构2上，半导体晶片运动机构2可载半导体晶片在平面内沿两个相互垂直的方向运动，其中一个运动方向与激光发生装置所投射在半导体晶片上的线形光斑长度方向相垂直，在线形光斑不能一次扫描覆盖所检测半导体晶片需检测区域时，另一运动方向用于切换不同扫描区域。通过两个相互垂直的运动方向的配合运动完成对半导体晶片的检测，所述的半导体晶片运动机构2在控制计算机7控制下，沿垂直于半导体晶片上线形光斑方向运动，同时控制计算机7实时采集面阵CCD相机6上的数据，对面阵CCD相机6的一次数据采集，即可获得半导体晶片上相对应位置线形光斑上的全部荧光光谱信息。

虽然以上对本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，其特征在于，主要包括机架（1）、半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）、光谱仪（5）、面阵CCD相机（6）、控制计算机（7），其中，半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）和光谱仪（5）均固定在机架（1）上端，半导体晶片运动机构（2）固定在机架（1）下端，光谱仪（5）包括：入光狭缝（11）、第一柱状弧面反射镜（12）、光栅（13）、第二柱状弧面反射镜（14）、出光口（15），其中光路收集系统（4）安装在光谱仪（5）的入射狭缝前端，面阵CCD相机（6）安装在光谱仪（5）的出光口处，使得激光发生装置（3）发出的激光线投射在半导体晶片运动机构（2）上的半导体晶片上形成线形光斑，线形光斑经光路收集系统（4）和光谱仪（5）入光狭缝，投射在光谱仪（5）第一柱状弧面反射镜（12）上，经第一柱状弧面反射镜（12）反射到光谱仪（5）的光栅（13）上，经光栅（13）衍射后，将线形光斑按柱状梯形形状沿光的传播方向展开，其中每一个梯形截面代表一段光斑点在空间上按不同连续波长的分布，被展开后的柱状梯形光投射到光谱仪（5）内的第二柱状弧面反射镜（14）上，经第二柱状弧面反射镜（14）反射后，投射到安装在光谱仪（5）出光口（15）处的面阵CCD相机（6）上。

2.根据权利要求1所述半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，其特征在于，所述的半导体晶片运动机构（2）、激光发生装置（3）、光路收集系统（4）、光谱仪（5）、面阵CCD相机（6），在使用时在暗室（8）内。

3.根据权利要求1所述半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，其特征在于，所述的半导体晶片运动机构（2）可载半导体晶片在平面内沿两个相互垂直方向的运动机构，其中一个运动方向与激光发生装置所投射在半导体晶片上的线形光斑长度方向相垂直，在线形光斑不能一次扫描覆盖所检测半导体晶片需检测区域时，另一方向运动机构用于切换不同扫描区域。

4.根据权利要求1所述半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，其特征在于，所述的光谱仪（5）入光狭缝与面阵CCD相机（6）的列方向相平行。

5.根据权利要求1所述半导体晶片的高速荧光光谱检测装置，其特征在于，所述的光路收集系统（4）包括一套用于成像的镜头组（21）和用于滤除激光的滤光片（22），使得能够对光路收集系统（4）焦距的调节，不影响线形光斑在第一柱状弧面反射镜（12）上的成像大小。