MOCVD 即时晶圆曲率量测 - AOIEA 自动光学检测设备联盟 - 工研院.PDF

MOCVD 即時晶圓曲率量測即時晶圓曲率量測 即時晶圓曲率量測即時晶圓曲率量測 葉佳良 江直融 楊富程 工研院量測中心 工研院量測中心 工研院量測中心 ChiaLiangYeh@itri.org.tw John_Chiang@itri.org.tw FuShiangYang@itri.org.tw 摘要摘要 摘要摘要 以雙光束系統垂直入射的方式進行建構，使用雷射入射45 度角之玻璃取得兩道分離的雷射 光，藉由調變玻璃的厚度控制兩光點的距離，雷射接觸帶有曲率的樣品會照成光點的偏移， 輔以角度放大器增加光點的偏移量，兩道光束在量測時曲率產生的光點平移量與曲率為零時 間距的比值，和CCD 和樣品之間的距離求出曲率，其中曲率量測解析度±3 km-1 ，量測window 15 mm ；量測速度：2 Hz 。預計建立可整合溫度、厚度及曲率三個參數即時監控目的曲率量測 系統，達到MOCVD LED 製程曲率參數監控的目的，未來整合溫度及厚度解決目前在LED 產業產品良率問題，可以促成國內LED 產業提高良率及生產毛利，並維持國家在LED 產業 的國際競爭力。 關鍵字：曲率、LED 、MOCVD 、雙光束投射、角度放大器 壹、壹、前言前言 壹壹、、前言前言 根據美國Department of Energy 在2009 年針對固態照明的發展藍圖指出，LED 生產良率將從 2009 年的60%提升至2015 年的90% ，並期望在2015 年透過LED 製程產線上的檢測方式達 到降低50%的生產成本。MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)製程影響整個LED 晶片良率甚巨，主要原因來自於利用MOCVD 磊晶過程中，因為製程溫度及半導體薄膜間的 晶格不匹配，導致基板的翹曲進而影響到磊晶薄膜均勻性分布，因此，LED 元件的發光特性 (如波長、光功率等)將受到影響，為了能有效提高 LED 的生產良率以降低製造成本，及時曲 率的量測是至關重要的，然而目前國內對於MOCVD 晶圓曲率即時量測系統，並無相關產品 及技術的開發，MOCVD 生產設備商皆仰賴國外的設備做整合，因此希望依照HB-LED MOCVD 製程設備開發高解析度高感度即時曲率量測技術，未來可因應需求整合監控晶圓曲 率、製程溫度、半導體薄膜厚度三個參數量測系統。 傳統的曲率量測是以雷射掃瞄的方式，如圖1 所示。 圖1 ：雷射掃瞄曲率量測方法示意圖 雷射光通過一個可旋轉的鏡片之後，經由分光鏡，藉著聚焦透鏡形成平行光束，由反射鏡打 在樣品上，樣品帶有曲率使得反射光偏移，回到分光鏡後反射回CCD ，旋轉第一片鏡片掃描 樣品的曲率。然而量測時需不斷調整鏡片角度，曲率的解析度與掃描的點數有關，掃描位置 太多耗費時間，太少則解析度不足。為了解決量測精準度與時間的問題，我們使用雙光束投 光系統量測曲率，但是目前製程真空腔體開口數量及面積有限制以限制曲率量測的解析度， 因此我們透過設計角度放大器增加量測的解析度，以協助LED 的製程的良率及品質的改善。 貳、貳、研究方法研究方法 貳貳、、研究方法研究方法 雙光束系統垂直入射架構包含雷射(Laser) 、玻璃(Glass) 、分光鏡(Beam splitter) 、角度放大器 (Angular Amplifier)與二維感光陣列(CCD) ，其中因雷射取其準值特性，波長上並無限制所以 採用波長633 nm 的紅光雷射，玻璃的作用是將雷射分離成兩道平行的光束，藉由調變玻璃的 厚度控制兩光點的距離，通過分光鏡後，光源垂直入射待測物，根據幾何光學的原理，雷射 接觸帶有曲率的樣品會照成光點的偏移，再經由分光鏡反射，最後透過角度放大器放大後， 由CCD 量測兩光點位置，如圖2 圖2 ：曲率量測示意圖 雙光束曲率量測法由兩道入射光的角度與距離決定在樣品上的距離，如圖3 圖3 ：雙光束曲率量測方法示意圖 藉由雙