[发明专利]一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法

权利要求书

1.一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：运用函数发生器1产生的信号调制激光器2使其发出光强随时间呈周期性变化的激光，经过光束准直器3、可调节中性滤波片4、均匀扩束器5后形成光强均匀分布的大光斑入射硅晶圆样品6并在其中产生浓度随时间呈周期性变化的自由电子/空穴对，自由电子/空穴对通过辐射复合所产生的近红外荧光信号由一对离轴抛物面镜7收集后、经长通滤波片8、由近红外光电探测器9记录，再由锁相放大器10解调、获得荧光信号的幅度与相位，通过调节中性滤波片4可以连续地改变平均激励光强从而得到一组强度扫描的荧光信号，激励光强的相对改变由另一个光电探测器11实时记录，通过分析强度扫描数据可以求出硅晶圆的平衡多数载流子浓度，进而可以得到其电阻率，整个系统的控制以及数据存储与分析由计算机12完成。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：函数发生器1所产生的调制信号的频率应为低频，即满足准稳态近似ωτ<<1，其中ω为光强调制角频率，τ为待测硅晶圆的等效载流子寿命，同时，调制信号的直流分量应远大于交流分量，使得激光光强为一个小的交流信号叠加在一个大的直流背景上。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：激光器2所发出激光的光子能量应大于硅禁带宽度，从而可以激发自由电子/空穴对；同时，激光器的光功率应足以在待测硅晶圆样品中产生与其平衡多子浓度相当的光载流子浓度。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：从激光器出射的激光束经光束准直器3、可调节中性滤波片4、均匀扩束器5后，形成光强均匀分布、平均光功率可以连续调节的大尺寸光斑，从而可以实现对样品的均匀激励。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：长通滤波片8可以滤除激励激光、只通过硅晶圆中载流子辐射复合所产生的近红外荧光信号。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：近红外光电探测器9对硅晶圆中载流子辐射复合所产生的荧光波长应具有很好的响应，如InGaAs光电探测器，而光电探测器11对激励激光的波长应具有很好的响应，如硅光电探测器。

7.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：光电探测器11实时记录强度扫描中光强的相对变化，而绝对光强的定量信息由测量开始前的一次光强绝对测量来校准获得。

8.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：锁相放大器10应具有至少两个通道同时探测的能力，可以同时解调光电探测器9和11的信号，锁相放大器10的参考信号由函数发生器1提供，参考信号的频率与激光调制的频率相同。

9.根据权利要求1所述的一种非接触式测量硅晶圆电阻率的光学方法，其特征在于：从所记录的强度扫描数据中，先从相位数据求出硅晶圆的光载流子寿命随光强的变化关系，以此计算出各个光强下的光载流子浓度，然后利用幅度数据求出硅晶圆的平衡多数载流子浓度，从而计算出该硅晶圆的电阻率。