CN216560304U - 一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，包括一宽谱灯源，作为照明光源的母体，其射出光线波长在中短波长光谱段；一滤波器件，位于宽谱灯源发光面近场位置，可连续/准连续地调节和选定波长；以及一透镜组，位于滤波器件的光线出射侧，将小发散角的光束整形成近似平行或者聚焦的光束。本实用新型采用一个宽谱灯源作为照明光源的母体，再配合一个连续/准连续可调的选波长的滤波器件，根据待检材料所要求的检测厚度，筛选出相匹配的波长段，待测深度和光源的穿透深度高度匹配，能够相对于单一波长激光或组合式单波长光源，可覆盖的材料穿透深度广且连续；且系统结构简单、设备可靠性高、使用和维护简单、成本低。

Description

一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源

技术领域

本实用新型涉及半导体检测设备领域，具体为一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源。

背景技术

半导体缺陷检测依赖照明光源(激发和散射)的品质，随着半导体、泛半导体以及一些材料科学检测更精确、更敏感、更全面的要求，特别是晶圆的亚表面缺陷(材料内部的体缺陷)，依靠散射信号分析缺陷特征，如光致发光、荧光等。特别的，一些可见光透明/半透明的半导体材料，如碳化硅、蓝宝石等，对近红外的蓝紫光或近紫外光有一定的吸收深度，呈现对短波长的不透明性(如碳化硅衬底对390nm以下波长吸收，呈现光学不透明性)，如图1所示。假设光源垂直于晶圆表面入射，图1中不同颜色的光源颜色(从淡到深代表入射光的波长从长到短)，其穿透深度(光强降为入射界面处光强的1/e)随着入射光波长的变长而变深。以无掺杂的SiC单晶晶体为例，传统深度关系：波长365nm-穿透深度145um，波长325nm-穿透深度7.4um，波长244nm-穿透深度0.7um。

在透明/半透明半导体材料晶圆的亚表面缺陷检测中，常常需要对距离晶圆上表面的一定“关注深度”范围内进行体缺陷的检测，包括衬底材料以及典型的外延层检测：外延层具备特定的厚度，从～1微米到100微米量级。针对不同厚度(深度)的晶圆表层体缺陷检测，需要控制照明的深度，使采集信号限制在需要检测的层厚内，不受“关注厚度”层之下的半导体材料的散射信号的影响。若光源对材料的吸收深度大于需要测量的深度，那么“关注深度”以下层的缺陷信息就会被误当成致命缺陷；若光源对材料的吸收深度小于需要测量的深度，那么“关注深度”就无法检测出完整的待测深度的晶圆亚表面缺陷。

通常在晶圆亚表面缺陷检测中使用激光或者窄带宽的光源，一般的光路(工作原理) 如下图2所示：单一波长(波段)的激光/光源照射入晶圆表层内至光被吸收，在吸收光程内产生光致发光，其散射光携带缺陷(以及带边发射信号)信息，被探测器及其光路收集。采用上述光源存在的技术问题是：要么一套PL信号检测系统只使用单一波长激光(或窄带宽的光源)，要么集成两个或两个以上的独立波长激光(或窄带宽的光源)，如图3所示，多束不同波长的激光/光源依靠镜片、合束器(双色性反光镜)合成一个光路打到晶圆上，从而按照需要检测的不同晶圆“关注深度”，使用相应的波长。或者不同波长激光(或窄带宽的光源)有独立的光路，以不同的角度打到晶圆上。

由于可用的稳定激光(蓝紫光)的波长选择性不多(可用--包括功率在～10mW量级，连续或高重复频率)，且波长、波长段不连续，故其对应的晶圆材料吸收深度也是不任意、连续的。从构架一个具有普适性晶圆亚表面缺陷检测能力的设备的角度来说，在系统里集成多个波长的激光或者窄带宽光源会使得产品架构上异常复杂，设备使用可靠性低，成本也高昂。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足，提出了一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，为一种全新的光源照明方式，应用在晶圆亚表面缺陷和晶体体缺陷检测中，采用一个宽谱灯源作为照明光源的母体，再配合一个连续/准连续可调的选波长的滤波器件，根据待检材料所要求的检测厚度，筛选出相匹配的波长段。

为实现上述效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，包括

一宽谱灯源，固定套接于灯筒的一端内部，作为照明光源的母体，其射出光线波长在中短波长光谱段；

一滤波器件，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于宽谱灯源发光面近场位置，可连续/准连续地调节和选定波长；以及

一透镜组，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于滤波器件的光线出射侧，将小发散角的光束整形成近似平行或者聚焦的光束。

优选的，所述宽谱灯源为激光驱动氙灯或激光驱动等离子体灯。

优选的，所述滤波器件为光栅或带通滤波片组。

优选的，所述透镜组包括两片微透镜。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用一个宽谱灯源作为照明光源的母体，再配合一个连续/准连续可调的选波长的滤波器件，根据待检材料所要求的检测厚度，筛选出相匹配的波长段，待测深度和光源的穿透深度高度匹配，能够相对于单一波长激光或组合式单波长光源，可覆盖的材料穿透深度广且连续；且系统结构简单、设备可靠性高、使用和维护简单、成本低。

附图说明

图1为可见光透明/半透明的半导体材料对短波长的不透明性的示意图；

图2为现有技术中晶圆亚表面缺陷检测使用激光或者窄带宽光源的光路示意图；

图3为现有技术中采用具有独立的光路的不同波长激光组合的光路示意图；

图4为本实用新型的宽谱连续波长光源的光路示意图。

其中：1探测器、2筒镜、3滤波片、4物镜、5样品、6激光器、7透镜、8反光镜、 9双色性反光镜、10宽谱灯源、11滤波器件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本实用新型的创新点在于构建光源的产生方式，以创设更加适于样品缺陷检测的光源，从而提升检测效果，其配套使用的光源检测设备均为现有设备，具体结构和工作原理，此处不做赘述。

请参阅图4，一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，灯筒(为光源通用结构，图中未示出)。还包括一个宽谱灯源10，固定套接于灯筒的一端内部，作为照明光源的母体，其射出光线波长在中短波长光谱段，具备光谱“平坦”特性；宽谱灯源10为激光驱动氙灯或激光驱动等离子体灯，所发射光源具有较宽的谱域，相对于传统的单一波长的激光或窄带宽的光源，在晶圆亚表面缺陷检测的应用领域更具有普适性。

该光源还包括一个滤波器件11，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于宽谱灯源10发光面近场位置，可连续/准连续地调节和选定波长。滤波器件11为光栅或带通滤波片组等“被动式”光学器件，优选连续可变过滤器(Continuously Variable Filter，CVF)，可根据待检材料所要求的检测厚度，筛选出相匹配的波长段，以匹配对应表面“关注深度”范围内的缺陷检测。

该光源还配置有一个透镜组7，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于滤波器件11的光线出射侧，将小发散角的光束整形成近似平行或者聚焦的光束，进而投射到待检测材料的表面。本实施例中，透镜组7包括两片微透镜，也可根据实际的聚光需要设定更多个微透镜或整合其他光学器件。

该光源内各部件的安装和固定方式及外围部件的物理结构形式，可参照现有的激光光源的物理结构。光源的数量可根据需要检测光源的强度而选定，各个光源的高度及相互之间的夹角以及其相对于样品水平面的角度可通过现有的高度-角度调节机构实现调节和设定，以满足不同待检待料检测所需光源的需求。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，包括灯筒，其特征在于：还包括

一宽谱灯源(10)，固定套接于灯筒的一端内部，作为照明光源的母体，其射出光线波长在中短波长光谱段；

一滤波器件(11)，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于宽谱灯源(10)发光面近场位置，可连续/准连续地调节和选定波长；以及

一透镜组(7)，固定嵌装于灯筒的内壁上，并位于滤波器件(11)的光线出射侧，将小发散角的光束整形成近似平行或者聚焦的光束。

2.根据权利要求1所述的一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，其特征在于：所述宽谱灯源(10)为激光驱动氙灯或激光驱动等离子体灯。

3.根据权利要求2所述的一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，其特征在于：所述滤波器件(11)为光栅或带通滤波片组。

4.根据权利要求1所述的一种用于材料亚表面缺陷检测的宽谱连续波长光源，其特征在于：所述透镜组(7)包括两片微透镜。

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