本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造以及測試領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

導(dǎo)體制造業(yè)是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基石，標(biāo)志半導(dǎo)體制造能力的除了工藝加工精度外還有重要的一條就是工藝控制能力，而晶圓級的光/電參數(shù)測試是反映工藝波動(dòng)的重要依據(jù)之一。

隨著光電技術(shù)的發(fā)展，作為光電系統(tǒng)核心之一的光電探測器開始向著陣列化、集成化、高速、高靈敏度等方向發(fā)展。如何在晶圓級進(jìn)行光/電參數(shù)測試是提高工藝控制能力的關(guān)鍵之一，同時(shí)也是進(jìn)行芯片篩選，提高后續(xù)成品率并降低制造成本的重要途徑。

目前，國外直徑300mm的晶圓制造技術(shù)已經(jīng)很成熟，全球新投產(chǎn)的半導(dǎo)體生產(chǎn)線大部分使用直徑為300mm的晶圓。國內(nèi)晶圓制造水平與國外相比有很大差距，仍以直徑100mm～200mm的晶圓為主流產(chǎn)品，定位精度以及溫度控制精度較低，并且例如大多產(chǎn)品只能在常溫下進(jìn)行測試，例如展芯FL系列等，難以滿足半導(dǎo)體晶圓檢測多樣化的需求。大行程高定位精度的高低溫檢測設(shè)備一直被國外品牌壟斷，從生產(chǎn)工藝到測試方法，從生產(chǎn)測試設(shè)備到清洗封裝等外圍支持設(shè)備，幾乎都要從國外引進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明緊盯國內(nèi)外半導(dǎo)體晶圓檢測技術(shù)發(fā)展趨勢，突破大面積高均勻性的高精度恒溫控制技術(shù)；大行程精密移動(dòng)控制技術(shù)；探針自對準(zhǔn)定位與壓力控制技術(shù)；微弱信號(hào)檢測與處理技術(shù)；自動(dòng)測試控制技術(shù)。發(fā)明一種微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：光信號(hào)激勵(lì)源，用于為晶圓提供光激勵(lì)輸入信號(hào)；可自動(dòng)對焦高清CCD顯微鏡，用于提供機(jī)器視覺；IV/CV/脈沖/噪聲測量裝置，用于對晶圓提供激勵(lì)信號(hào)并采集被測晶圓輸出信號(hào)；超低溫環(huán)境水汽檢測循環(huán)除濕裝置，用于檢測并降低水汽含量，防止超低溫環(huán)境檢測中結(jié)霜現(xiàn)象；大跨層溫度控制裝置，為被測晶圓提供寬溫環(huán)境；微弱信號(hào)提取單元，用于測量被測晶圓輸出的微弱信號(hào)；雙重針壓檢測裝置及探針，用于接觸晶圓并調(diào)整對準(zhǔn)位置及接觸面；卡盤，用于承載被測晶圓；四軸移動(dòng)臺(tái)體，用于XYZ軸線性移動(dòng)和R軸旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；密封屏蔽暗箱，用于為被測晶圓提供穩(wěn)定的光暗、溫濕度測試環(huán)境；控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)控制，被測晶圓檢測數(shù)據(jù)的處理及分析。

優(yōu)選的，在上述微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)中，所述大跨層溫度控制裝置可實(shí)現(xiàn)-60℃～200℃，溫度偏差±0.25℃@300mm；

優(yōu)選的，在上述微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)中，所述四周移動(dòng)臺(tái)體可實(shí)現(xiàn)XY軸移動(dòng)行程300mm，定位精度0.5μm；Z軸移動(dòng)行程15mm，定位精度1μm；R軸移動(dòng)范圍：±10°，定位精度±0.3'；

優(yōu)選的，所述的微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)具備探針自對準(zhǔn)和壓力控制功能；

優(yōu)選的，所述的微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)具備超低溫環(huán)境水汽檢測循環(huán)除濕功能；

優(yōu)選的，所述的微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)是一種自動(dòng)測試系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；

圖2 為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

本發(fā)明的目的是提供一種微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)，請參照圖1、圖2、圖3所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)組成框圖，圖2為整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中微納級半導(dǎo)體光電特性三維檢測系統(tǒng)包括：1、光信號(hào)激勵(lì)源/CCD顯微鏡；2、探針；3、雙重針壓檢測；4、被測晶圓；5、卡盤；6、4軸移動(dòng)臺(tái)體；7、密封屏蔽暗箱；9、顯微鏡移動(dòng)臺(tái)、10、信號(hào)/控制/氮?dú)饨尤肟冢?1、弱信號(hào)提取；12、IV/CV/脈沖/噪聲測量裝置；13、超低溫環(huán)境水汽檢測循環(huán)除濕；14、大跨層溫度控制；15、控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件組成。如圖2所示，本發(fā)明通過7、密封屏蔽暗箱保證其內(nèi)部的氣密性及光暗環(huán)境。其8、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

所述1、光信號(hào)激勵(lì)源/CCD顯微鏡；2、探針；4、被測晶圓；5、卡盤；6、4軸移動(dòng)臺(tái)體；9、顯微鏡移動(dòng)臺(tái)均在7、密封屏蔽暗箱內(nèi)部。7、密封屏蔽暗箱可保證其8、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的氣密性及光暗環(huán)境。通過5、卡盤固定4、被測晶圓，所述的5、卡盤與6、4軸移動(dòng)臺(tái)體相固定，通過其自對準(zhǔn)使2、探針對準(zhǔn)所述4、被測晶圓。所述1、光信號(hào)激勵(lì)源/CCD顯微鏡位于4、被測晶圓上方，固定于9、顯微鏡移動(dòng)臺(tái)，通過適當(dāng)?shù)墓庑盘?hào)，將高質(zhì)量的測試圖像通過10、信號(hào)/控制/氮?dú)饨尤肟趥鬏數(shù)?5、控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件。在測試過程中，通過3、雙重針壓檢測保證4、被測晶圓不被2、探針劃傷。2、探針可作為電壓源或電流源與4、被測晶圓接觸并通過11、弱信號(hào)提取將提取信號(hào)傳入12、IV/CV/脈沖/噪聲測量裝置，最后通過10、信號(hào)/控制/氮?dú)饨尤肟趥魅?5、控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件。所述的14、大跨層溫度控制可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求可構(gòu)建-60℃～200℃區(qū)間內(nèi)任意溫度并且具有很小溫度偏差（±0.25℃@300mm）的測試環(huán)境，溫度通過5、卡盤傳遞給4、被測晶圓。當(dāng)在低溫（-60℃）進(jìn)行測試時(shí)，為防止4、被測晶圓結(jié)霜，通過13、超低溫環(huán)境水汽檢測循環(huán)除濕與10、信號(hào)/控制/氮?dú)饨尤肟趯?shí)時(shí)檢測晶圓安裝位置水汽含量，保證水汽含量≤5000ppm，并據(jù)此調(diào)節(jié)充入氮?dú)饬髁?，保證在超低溫環(huán)境下的無霜控制。

其中，在所述的14、溫度控制中，建立了晶圓卡盤大跨層大面積溫度熱力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)-60℃～200℃大跨層溫度區(qū)間的±0.25℃@300mm溫度精度?？ūP溫度控制采用單壓縮機(jī)制冷，電加熱方式制熱方式。由于物理模型自身的復(fù)雜性，在進(jìn)行卡盤大面積溫度熱力學(xué)模型建立與計(jì)算時(shí)，需進(jìn)行以下假設(shè)：

（1）在穩(wěn)態(tài)工況下計(jì)算模型內(nèi)的溫度場，因此所有微分方程中忽略時(shí)間項(xiàng)；

（2）卡盤所處屏蔽暗箱內(nèi)空氣為干空氣且為牛頓流體，密度及定壓比熱容為定值；

（3）屏蔽箱內(nèi)空氣在固體壁面上滿足無滑移條件；

（4）滿足Boussinesq，即忽略流體中粘性耗散。

標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型是典型的兩方程模型。該模型穩(wěn)定性高，計(jì)算量適中，有較多的數(shù)據(jù)積累和較高的精度，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明中，模型中空氣的流動(dòng)情況滿足標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的適用條件，故湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，并在近壁面處采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法進(jìn)行處理，并形成控制方程為：

其中為某個(gè)變量，是變量擴(kuò)散系數(shù)，S是源項(xiàng)。上式中，各變量、擴(kuò)散系數(shù)及源項(xiàng)見表1

表1各控制方程中變量、擴(kuò)散系數(shù)及源項(xiàng)

上述基于本發(fā)明實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。