CN220399277U - 一种半导体元件太赫兹成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体元件太赫兹成像装置，包括激光器、分束器、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、反射调制器、太赫兹产生器、太赫兹探测器和检测组件。分束器将激光器发出的激光分成第一激光和第二激光，其中第一激光用于经太赫兹产生器生成太赫兹波后射入检测组件，再由检测组件的检测台与激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，该表面等离子体波可用于检测半导体元件内外的缺陷。同时，采用太赫兹光对半导体元件进行检测，不容易破坏检测物质，适用于对半导体元件这类精密器件的缺陷检测。

Description

一种半导体元件太赫兹成像装置

技术领域

本实用新型涉及半导体缺陷检测技术领域，具体涉及一种半导体元件太赫兹成像装置。

背景技术

半导体器件生产中，从半导体单晶片到制成最终成品，须经历数十甚至上百道工序。若半导体晶体在生产过程中存在缺陷，会产生不均匀的二氧化硅膜生长、差的外延膜的淀积、不均匀的掺杂层及其他问题而导致工艺问题。在已完成的半导体器件中，这些缺陷会引起有害的电流漏出，影响器件在正常电压下的使用。因而,需要对半导体进行缺陷检测以确保半导体器件的安全性与使用性。

目前，对于半导体缺陷的检测通常通过红外激光、X射线进行。但是，虽然X射线对于半导体缺陷的检测更加精确，但是由于X射线能量高，容易造成过度照射，从而对半导体造成损失，不符合工业生产中对于半导体无损检测的要求。

太赫兹射线是由太赫兹无损检测系统发出的频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，由于太赫兹射线的能量低不容易破坏检测物质，故常用于对精密器件进行检测。但是由于太赫兹射线的能量低，其对于复杂的缺陷检测误差较高，不能满足工业生产中对于缺陷面积检测精确度的要求。

而表面等离子体是一种电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，它能够被电子也能被光波激发。在激发区域内,由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。

因此，对于半导体元件的太赫兹成像装置而言，既需要具备太赫兹幅度与相位成像的功能，又需要具备将太赫兹波耦合成等离子体波的条件。

实用新型内容

基于上述背景技术中所提出的问题，本实用新型的目的在于提供一种半导体元件太赫兹成像装置，以解决目前的太赫兹成像装置无法将太赫兹耦合成等离子体波，从而无法应用于半导体元件缺陷检测的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种半导体元件太赫兹成像装置，包括：激光器、分束器、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、反射调制器、太赫兹产生器、太赫兹探测器和检测组件；

分束器将所述激光器发出的激光分成第一激光和第二激光；所述第一激光经过所述第一反射单元的反射进入所述太赫兹产生器，所述太赫兹产生器将所述第一激光转化成太赫兹波后进入检测组件；所述第二激光依次经过所述第二反射单元的反射进入反射调制器，并经所述反射调制器调制后聚焦于所述太赫兹探测器；

其中，所述检测组件包括固定台、检测台和与所述固定台配合的激发组件，所述太赫兹波经过所述检测台与所述激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，所述表面等离子体波向所述太赫兹探测器方向移动，并经所述第三反射单元的反射后聚焦于所述太赫兹探测器。

上述技术方案中，分束器将激光器发出的激光分成第一激光和第二激光，其中的第一激光用于经太赫兹产生器生成太赫兹波后射入检测组件，再由检测组件的检测台与激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，该表面等离子体波可用于检测半导体元件内外的缺陷。

在一种可选实施例中，所述第二反射单元包括依次放置的第一反射镜、第二反射镜、延迟单元和第五反射镜。

在一种可选实施例中，所述第五反射镜与所述反射调制器之间设置有扩束器，所述扩束器用于扩大第二激光的光束直径。

在一种可选实施例中，所述激光器与所述分束器之间设置有半波片。

在一种可选实施例中，所述激发组件包括第一耦合片和第二耦合片，所述第一耦合片位于所述固定台靠近所述太赫兹产生器的一侧，所述第二耦合片位于所述固定台靠近所述太赫兹探测器的一侧。

在一种可选实施例中，所述第一耦合片远离所述移动块的一端设置有激发区，所述激发区用于将太赫兹波耦合成表面等离子体波。

在一种可选实施例中，所述固定台面向所述检测台的一面开设有移动槽，所述第一耦合片的一端设置有与所述移动槽配合的移动块。

在一种可选实施例中，所述第一耦合片和所述第二耦合片均为金属器件。

在一种可选实施例中，所述检测台上设置有传送带，所述传送带用于对待检测半导体元件进行传送。

在一种可选实施例中，所述太赫兹产生器和所述太赫兹探测器均采用光电导天线，所述太赫兹探测器的光导天线呈线性排列。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

通过光电流以及表面等离子体波在太赫兹探测器上生成太赫兹电场的电场信息，应用太赫兹层析成像原理，可以获取表面等离子体波的时域光谱信号，从而生成半导体元件的检测图像。该检测图像即包括了半导体元件表面的缺陷，也包括了半导体元件内部的缺陷，满足了对于半导体元件复杂缺陷的检测。同时，采用太赫兹光对半导体元件进行检测，不容易破坏检测物质，适用于对半导体元件这类精密器件的缺陷检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种半导体元件太赫兹成像装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的固定台的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的检测台的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激发组件的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、激光器；2、半波片；3、分束器；41、第一反射镜；42、第二反射镜；43、第三反射镜；44、第四反射镜；45、第五反射镜；46、第六反射镜；47、第七反射镜；5、太赫兹产生器；6、检测组件；61、固定台；611、移动槽；62、检测台；621、传送带；63、第一耦合片；631、移动块；632、激发区；64、第二耦合片；7、太赫兹探测器；8、反射调制器；9、扩束器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作在一种可选实施例中详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例1提供一种半导体元件太赫兹成像装置，如图1所示，一种半导体元件太赫兹成像装置包括：1.一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，包括：激光器1、分束器3、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、反射调制器8、太赫兹产生器5、太赫兹探测器7和检测组件6；

分束器3将所述激光器1发出的激光分成第一激光和第二激光；所述第一激光经过所述第一反射单元的反射进入所述太赫兹产生器5，所述太赫兹产生器5将所述第一激光转化成太赫兹波后进入检测组件6；所述第二激光依次经过所述第二反射单元的反射进入反射调制器8，并经所述反射调制器8调制后聚焦于所述太赫兹探测器7；

其中，所述检测组件6包括固定台61、检测台62和与所述固定台61配合的激发组件，所述太赫兹波经过所述检测台62与所述激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，所述表面等离子体波向所述太赫兹探测器7方向移动，并经所述第三反射单元的反射后聚焦于所述太赫兹探测器7。

需要说明的是，分束器3将激光器1发出的激光分成第一激光和第二激光，其中的第一激光用于经太赫兹产生器生成太赫兹波后射入检测组件6，再由检测组件6的检测台62与激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，该表面等离子体波可用于检测半导体元件内外的缺陷。

在一种可能的实施例中，所述第二反射单元包括依次放置的第一反射镜41、第二反射镜42、延迟单元和第五反射镜45。

需要说明的是，第一反射镜41将分束器3发出的第二激光反射至第二反射镜42，再由第二反射镜42反射至延迟单元，最后经由第五反射镜45射向反射调制器8。其中，延迟单元由第二反射镜42和第三反射镜43构成，其用于调整反射镜之间的延迟光路的距离，使得第二激光可以与携带有半导体元件缺陷信息的太赫兹表面等离子体波可以同时到达太赫兹探测器7。需要注意的是，本实施例仅提供一种实现改变激光线路以及延迟激光的实施方式，具体的反射镜的数量以及反射镜的位置可以由本领域技术人员根据实际情况调整。

在一种可能的实施例中，所述第五反射镜45与所述反射调制器8之间设置有扩束器9，所述扩束器9用于扩大第二激光的光束直径。其中，第二激光经过第五反射镜45的反射后进入扩束器9，扩束器9可以将第二激光扩大成直径更大的光束，并将扩大后的光束输出至反射调制器8，以便于反射调制器8对第二激光进行分束与调制。

在一种可能的实施例中，所述激光器1与所述分束器3之间设置有半波片2。其中，半波片2可以对激光进行旋转，在本实施例中，半波片2将从激光器1中的激光进行旋转从而实现对激光功率的调节。将半波片2与分束器3组合使用，可以调节将激光分成第一激光和第二激光的比例。

在一种可能的实施例中，所述激发组件包括第一耦合片63和第二耦合片64，所述第一耦合片63位于所述固定台61靠近所述太赫兹产生器5的一侧，所述第二耦合片64位于所述固定台61靠近所述太赫兹探测器7的一侧。

需要说明的是，在本实施例中采用缝隙耦合的方式对太赫兹波进行耦合，将待检测半导体元件放置于第一耦合片63与第二耦合片64之间，太赫兹波经第一耦合片63耦合后沿着半导体元件向第二耦合片64方向移动，再通过第二耦合片64与检测台62之间的缝隙射向太赫兹探测器7。采用缝隙耦合的方式对于入射角度的要求较低，同时，检测的范围较宽，在第一耦合片63和第二耦合片64之间的范围均属于检测范围。

在一种可能的实施例中，所述固定台61面向所述检测台62的一面开设有移动槽611，所述第一耦合片63的一端设置有与所述移动槽611配合的移动块631。

需要说明的是，如图2和图4所示，固定台61上开设有矩形的移动槽611，第一耦合片63的一端设置有T型的移动块631，将移动块631卡合至移动槽611中可以实现第一耦合片63的移动。其中，第一耦合片63可以通过其一端的移动块631沿着移动槽611开设的方向移动，从而调整第一耦合片63和第二耦合片64之间的距离，进而调整半导体元件的检测范围。

在一种可能的实施例中，所述检测台62上设置有传送带621，所述传送带621用于对待检测半导体元件进行传送。

需要说明的是，如图3所示，在检测台62上沿着检测的方向设置有一条传送带621，传送带621可从右至左或从左至右进行运动，将待检测半导体元件放置在传送带621上时，可通过传送带621实现待检测半导体元件的自动传送。

在一种可能的实施例中，所示第一耦合片63远离所述移动块631的一端设置有激发区632，所述激发区632用于将太赫兹波耦合成表面等离子体波。

在一种可能的实施例中，所述第一耦合片63和所述第二耦合片64均为金属器件。

需要注意的是，本实施例仅提供一种半导体元件太赫兹成像装置的实施方式，在成像装置实现的过程中设置多少个反射镜、如何设置反射镜可以由本领域技术人员根据实际的光路结构进行设置，本实施例不对其作进一步限制，例如图1中分束器3和太赫兹产生器5之间设置有第七反射镜7(即第三反射单元)。

在一种可能的实施例中，所述太赫兹产生器5和所述太赫兹探测器7均采用光电导天线，所述太赫兹探测器7的光导天线呈线性排列。

需要注意的是，为了提升太赫兹成像装置的成像速度，在本实施例中将太赫兹探测器7的光导天线呈线性排列。

一种半导体元件太赫兹成像装置的工作原理如下：

调整两个激发组件之间的间距后，将半导体元件放置于传送带621上，并将需要检测的部分放置于两个激发组件之间。

激光器1发出激光，激光经过半波片2和分束器3后分成第一激光和第二激光。

第一激光经过第七反射镜47的反射后射入太赫兹产生器5，太赫兹产生器5将第一激光转换成太赫兹波并将其射向检测组件6。太赫兹波经左侧的激发组件的激发区632与半导体之间的间隙时太赫兹波发生散射，散射的太赫兹波提供额外的波矢，可将太赫兹波耦合成表面等离子体波。表面等离子体波沿着半导体元件传播并检测，检测后表面等离子体波经右侧的激发组件离开检测组件6，并将第六反射镜46反射后射入太赫兹探测器7。

第二激光经第一反射镜41和第二反射镜42反射后进入延迟单元(即第三反射镜43和第四反射镜44)，第二激光经过延迟单元延迟后到达第五反射镜45，经其反射后进入扩束器9，反射调制器8对经过扩束后的第二激光进行分束、调制并将调制后的第二激光聚焦于太赫兹探测器7。

此时，第二激光聚焦至未加载偏置电压的太赫兹探测器7上生成自由载流子。而携带有半导体元件检测信息的表面等离子体波在太赫兹探测器7上生成太赫兹电场，将太赫兹电场作为偏置电压促使自由载流子产生光电流。通过光电流以及表面等离子体波在太赫兹探测器7上生成太赫兹电场的电场信息，应用太赫兹层析成像原理，可以获取表面等离子体波的时域光谱信号，从而生成半导体元件的检测图像。该检测图像即包括了半导体元件表面的缺陷，也包括了半导体元件内部的缺陷，满足了对于半导体元件复杂缺陷的检测。同时，采用太赫兹光对半导体元件进行检测，不容易破坏检测物质，适用于对半导体元件这类精密器件的缺陷检测。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，包括：激光器（1）、分束器（3）、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、反射调制器（8）、太赫兹产生器（5）、太赫兹探测器（7）和检测组件（6）；

分束器（3）将所述激光器（1）发出的激光分成第一激光和第二激光；所述第一激光经过所述第一反射单元的反射进入所述太赫兹产生器（5），所述太赫兹产生器（5）将所述第一激光转化成太赫兹波后进入检测组件（6）；所述第二激光依次经过所述第二反射单元的反射进入反射调制器（8），并经所述反射调制器（8）调制后聚焦于所述太赫兹探测器（7）；

其中，所述检测组件（6）包括固定台（61）、检测台（62）和与所述固定台（61）配合的激发组件，所述太赫兹波经过所述检测台（62）与所述激发组件之间的缝隙耦合成表面等离子体波，所述表面等离子体波向所述太赫兹探测器（7）方向移动，并经所述第三反射单元的反射后聚焦于所述太赫兹探测器（7）。

2.根据权利要求1所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述第二反射单元包括依次放置的第一反射镜（41）、第二反射镜（42）、延迟单元和第五反射镜（45）。

3.根据权利要求2所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述第五反射镜（45）与所述反射调制器（8）之间设置有扩束器（9），所述扩束器（9）用于扩大第二激光的光束直径。

4.根据权利要求1所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述激光器（1）与所述分束器（3）之间设置有半波片（2）。

5.根据权利要求1所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述激发组件包括第一耦合片（63）和第二耦合片（64），所述第一耦合片（63）位于所述固定台（61）靠近所述太赫兹产生器（5）的一侧，所述第二耦合片（64）位于所述固定台（61）靠近所述太赫兹探测器（7）的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述固定台（61）面向所述检测台（62）的一面开设有移动槽（611），所述第一耦合片（63）的一端设置有与所述移动槽（611）配合的移动块（631）。

7.根据权利要求6所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述第一耦合片（63）远离所述移动块（631）的一端设置有激发区（632），所述激发区（632）用于将太赫兹波耦合成表面等离子体波。

8.根据权利要求5所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述第一耦合片（63）和所述第二耦合片（64）均为金属器件。

9.根据权利要求1所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述检测台（62）上设置有传送带（621），所述传送带（621）用于对待检测半导体元件进行传送。

10.根据权利要求1所述的一种半导体元件太赫兹成像装置，其特征在于，所述太赫兹产生器（5）和所述太赫兹探测器（7）均采用光电导天线，所述太赫兹探测器（7）的光导天线呈线性排列。