WT-2000系列中文手册.doc

瑟米莱伯贸易（上海）有限公司上海市浦东新区商城路889号波特营B2幢3层phone +86-21- 58362889; 58362890 fax +86-21-58362887e-mail web 瑟米莱伯（贸易）上海有限公司 上海市浦东新区商城路889号波特营B2幢3层Tel: +86-21-58362890 Fax: +86-21-58362887中文手册 WT-2000PV系列是Semilab公司的多功能半导体扫描测试系统，广泛应用于光伏和半导体行业的半导体材料、硅片的质量控制(单晶硅棒和多晶硅锭去头尾)，电池工艺过程质量控制，以及实验室和试验线的研发。提供了无接触、无损伤的全自动扫描测试和快速的数据处理。本文档主要对WT-2000PV的测试原理和操作流程加以介绍。如有问题请与我们联系，竭诚为您服务。瑟米莱伯（贸易）上海有限公司地址：上海市浦东新区商城路889号波特营B2幢3层电话: +86-21-58362890 传真: +86-21-58362887网站：瑟米莱伯公司北京办事处地址：北京市朝阳区东三环北路甲19号SOHO嘉盛中心1808室电话: +86-10-65863598 传真: +86-10-65863018瑟米莱伯公司无锡售后服务中心电话:告：WT-2000PV系列激光探头安全等级为1M级，操作时必须佩戴防护眼镜。切勿直视，以及通过镜面和放大镜等光学设备观测激光探头！1. 简介WT2000-PV系统作为半导体材料质量监控的可集成测试平台，广泛应用于光伏和半导体行业中对硅料、硅晶片加工和晶圆制造等各环节的监控。WT2000-PV系统由两台工业控制计算机实现测试功能。其中一台计算机为DOS操作系统，主要负责测量数据的处理，机器动作的控制与监控，并实现与另一台计算机通讯。另一台计算机为Windows操作系统，主要负责对Wintau32测试软件的操作。WT2000-PV系统可以在同一探头上集成多项测试功能，客户可根据需要选配不同的测试选项。1.1 选配功能l m-PCD / 无接触微波光电导衰减法少子寿命扫描l SPV / 表面光电压法扩散长度扫描l LBIC / 电池的光诱导电流扫描，计算电池内外量子效率l Reflectance / 反射率扫描l IQE/EQE / 内/外量子效率扫描l SHR / 无接触方块电阻扫描l Eddy Current / 涡流法体电阻率扫描l Iron concentration / 无接触铁含量扫描l Bias light / 偏置光补偿选项l PN / 无接触型号测试1.2 主要特点l 可以对硅料、硅晶片加工和电池片制造等各生产环节进行监控l 可以对硅锭、硅棒和电池片做全扫描l 能适应低电阻率样片（锭）的测试需要l 可以选加不同的表面钝化选项l 自动寻找边缘，用于不同形状、尺寸的硅片（锭）测试l 最大硅锭、硅棒测试尺寸可以达到500210210mm3l 高重复性、高分辨率l 能根据需要选加不同的测试功能1.3 主要应用l 材料、硅片的质量控制（单晶硅棒和多晶硅锭去头尾）l 电池工艺过程质量控制l 实验室和试验线的研发2. 原理2.1 少子寿命测试原理少子寿命测量方法包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。最常用的注入方法有光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法有很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化等，注入和检测方法的不同组合就形成了多种少子寿命测试方法，如：直流光电导衰减法；高频光电导衰减法；表面光电压法；微波光电导衰减法等。WT-2000PV系统采用微波光电导衰减法实现对少子寿命的测试。微波光电导衰退法(-PCD，Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号这两个过程。904nm的激光注入（对于硅，注入深度大约为30mm）产生电子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到少数载流子的寿命。-PCD测得的寿命值为少子有效寿命，它会受到样品体寿命和表面寿命两个因素的影响，其关系如下式所示： （2-1）式中：，meas为样品测得的有效寿命；bulk为样品体寿命；diff为少子从样品体内扩散到表面的扩散寿命；surf为由于样品表面复合产生的表面寿命； d为样品厚度；Dn，Dp分别为电子和空穴的扩散系数；S为表面复合速度。图2-1 不同表面复合速率的样品，体寿命和测试寿命的关系由式（2-1）可知，样品表面寿命对测试寿命有很大影响，使其偏离体寿命，图2-1为不同表面复合速率的样品，体寿命和测试寿命的关系。在样品厚度一定的情况下，即扩散寿命一定，如果表面复合速率很大，则在测试高体寿命样品时，测试寿命值与体寿命值就会偏差很大；而对于低体寿命的样品，不会使少子寿命降低很多。因此我们需对样品表面进行钝化，降低样品的表面复合速率。从图2-1我们可以看到，对于表面复合速率S为1cm/s，或10cm/s的样品，即使其体寿命在1000s数量级，测试寿命还是与体寿命偏差很小。即当样品的表面复合速率为10cm/s或更小的情况下，对于1000s数量级高体寿命的样品，测试寿命也能用来表示体寿命。2.2 LBIC测试原理2.2.1 测试原理图WT-2000PV系统的光诱导电流扫描（LBIC，Light Beam Induced Current）是对表面光电压应用的发展，测量探头包括4个光斑直径为100mm的激光器。该系统能测量电池片的反射率，诱导电流，并计算出量子效率和扩散长度，而量子效率和扩散长度能反映出电池的质量。为测量电池的电流，样品的背面用金属台面连接，正面有个金属探针与主电极接触。LBIC测试原理如图2-2所示：图2-2 LBIC测试原理示意图光诱导电流指的是是电池片吸收激光所形成的电流。电池片反射率则是电池片对激光的反射（包括直反射和漫反射）程度，反射率可以通过积分球收集反射信号计算出。 在测得电池片光诱导电流和反射率之后，就能通过计算得出电池片内量子效率（IQE，Internal Quantum Efficiency），其关系如下式所示：IQE=Ielectron/Iphoton(1-R) （2-2）QE= Ielectron/Iphoton （2-3）其中R为反射率。2.2.2 LBIC校正光通量（flux），直反射（direct reflectance）和漫反射(scattered reflectance)要被正确的校正，校正应该一年一次。光通量通过一个内置的光电检测器校正，选择Recorder下的Calibrate/Flux菜单。LBIC探头将移动校正每种激光。直反射用抛光片（赠送）来进行校正，将系统自带的黑色参考块放置在系统底端的指定位置，点击Calibrate/direct reflection，并且依次设定四种激光器的常数(constant amplitude )为34，设定四种激光的偏差（offset）为0，直反射将自动校正。漫反射通过黑色参考块和在机器左边固定的倾斜样品校正。反射常数都已被定义，点击Calibrate/scattered reflection，依次点击OK即可自动校正。2.3 SHR测试原理2.3.1 测试原理图方块电阻（Sheet Resistance，SHR）测试探头在中心有一个激光源，紧跟着有两个同心圆环形电容电极，激光的频率能被调整。激光注入产生电子空穴，np或pn结构的电场将电子空穴分离，将产生表面势，表面势反映了SHR信号并且它能向横向扩散，内外探头获取表面势。材料的方块电阻通过在两个电容电极测量电势的比率计算。图2-3 SHR测量原理示意图2.3.2 SHR校正由于SHR校准是基于方块电阻和VIN/VOUT值的线性关系，所以校准至少需要两块方块电阻率已知的样品，且已知方块电阻值应该接近所需测量样品电阻范围的最高和最低值。校正前必需补偿，放入校正样片，点击functioncompensate。敲击Add按钮，输入框里自动地显示VIN/VOUT比率，不用改动，点击OK。在下一个输入框中输入SHR的真实值。点击OK，取出片子，放入另一片子，接着重复上面的步骤，校正数据被保存。最后点击functionssave ,取文件名，保存较正文件。 2.4 Fe含量测试原理在晶体生长，加工或运输过程中，Fe是一种很容易引起材料沾污的金属，m-PCD能够对Fe的沾污量进行定性测试。在p型硅片中，Fe主要以FeB形式存在，若对硅片进行或强光照射，FeB对会分解成Fei，利用FeB和Fei在硅中具有不同的复合强度，通过测试复合前后硅片的少子寿命来计算硅中的Fe沾污浓度。在硅中FeB的少子寿命随注入强度基本不变，而Fei的少子寿命随着注入强度的增大而升高，如图2-4所示。 图2-4 硅中FeB和Fei的少子寿命随注入强度的变化曲线不同于SPV设备，对于m-PCD这种大注入设备，FeB的少子寿命低于Fei，在分解过程中，少子寿命升高，停止光照，Fei又会重新复合生成FeB，导致少子寿命降低并达到饱和值，这个复合时间可能几个小时，也可能几天，这取决于硅片体内的B浓度。这个过程示意图如图2-5所示。图2-5 FeB对分解和形成示意图若已知FeB对分解前后的少子寿命，可通过式(2-4)求得硅片体内的Fe浓度 （2-4）其中：3.41013s/cm32.5 涡流法电阻率测试原理图2-6 电阻率测试原理示意图涡流法测试电阻率过程示意图如图2-6所示。样品放置在对中的传感元件或换能器之中，换能器为施加高频磁场的高磁导率的磁体。硅在高频磁场中产生感生电流，此电流的流通方向呈闭合漩涡状，称涡电流或涡流。样品中的涡流消耗能量，为保持高频振荡器的电压不变，高频电流将增加。样品电阻越低，高频电流的增量越大，呈反比。测量电流值，可以获得样品的方块电阻或电阻率。3. 操作流程3.1 快捷操作WT-2000PV系统的测试过程可以参照它的快捷操作流程（图3-1）。 上料寻找边缘通过Autoset自动设置信号参数参数检查系统的软硬件状态手动设置参数保存并打印成PDF文件选择测量类型并开始测量图3-1 WT-2000PV快捷操作流程图1) 开机测量前，进入Wintau32操作软件。l 如果系统没有初始化，在measure菜单下选择initialize初始化系统。l 在measuremode里选择测试的功能。l 对于LBIC，要安装测量金属台面。2) 上料l 在measureoptionsloading下选择样品的形状（wafer shape）。参考面(oriented by)，找边缘的方法（optical，microwave and capacitance），样品台（table用于硅片，block用于晶锭，console用于charge）。l 选择完后，点击measure/load sample上料。对于LBIC，要连接好金属探针。对于电阻率测量要把探头扳下。3) 寻找边缘l 寻找边缘的方法包括光学（optical），微波（microwave）和电容法（capacitance），如果自动找不到边缘，可在Measure wafer finder用其他方法寻找。4) 设置信号参数l 对于m-PCD和LBIC，需点击Recordautoset。l 对于SHR和EDDY，需点击Recordfunctionload cali.file,调出校正文件。5) 设置测量参数l 在input list 输入日期(Date)，操作者姓名(operator name)，样品尺寸（size），步进（raster）。6) 开始测量l 点击measuremapping,即开始对样品进行扫描。7) 另存数据l 点击file的save as。在file菜单的export 下可以把文件导出成位图，或者是html 格式。另外我们会在各个Windows 系统里安装pdf打印机，打印时点击Printpdf即可。3.2 详细流程3.2.1 开机1) 按power键依次打开Windows系统和DOS系统工控机的电源（图3-2）。 1 2图3-2 电源按钮序 号名 称1DOS系统工控机2Windows系统工控机2) 打开真空泵，确认样品台上没有样品，切换到Windows系统工控机，双击Wintau32图标进入软件。（在键盘上连点两下或连点两下后，点击或键进行Windows和DOS系统之间的切换）3) Wintau32软件启动后界面（图3-3）。图3-3 Wintau32主界面软件会自动检查两台工控机的连接情况，在软件左下角显示连接状况，正常情况下应该如图或。如果出现确认DOS系统工控机处在开机状态，检查所有的连线。4) 开机后需要预热10分钟，如在预热完成前使用会弹出警告（图3-4）。图3-4 预热未完成警告5) 每次开机后点击MeasureInitialize 进行初始化（图3-5）。图3-5 初始化仅当工控机重新启动时才需进行初始化。如果重启wintau32，软件无需初始化。初始化过程中，探头、样品台会进行移动，此过程为马达和机械部分的检测、初始化。此过程中请勿将手或样品放入机器中。初始化之后可能会弹出Measurementwintau32Options 的 Height 对话框（图3-6）。此页面中的数据都是为该机器定制的，一般情况下不要改动，可将数据记录下来以备后用。图3-6 测试探头高度数据6) 初始化完成后（左下角显示initialization OK）选择检测项目，各项检测项目可由Measure Toolbar的下拉菜单选择（图3-7）。图3-7 检测项目选择7) 打开MeasurementOptions对话框进行设置，选中Loading标签页（图3-8）。样品的形状对圆形样品的方向特征光学寻边微波寻边电容寻边光学寻边后旋转微波和电容寻边后的旋转扫描半径样品容器检查台面 图3-8 Options设置窗loading页面注意：寻边时首选光学寻边，如果光学寻不到可用其它两种方式。在考虑电容寻边和微波寻边时，尽量使用电容寻边，因为微波寻边会使用微波发生器，长时间使用可能对探头寿命造成影响。使用电容或微波寻边的时候要把光学寻边设置为“Not used”。l Wafer Shape /样片形状： Standard / 圆形；Square / 矩形；Quarter / 圆弧形；Square with radius / 方形带圆角l Oriented By / 晶向标志： Flat / 平缺口；Notch / 圆缺口l Optical Finder/光学寻边：Not used / 禁用；Uesd / 使用；Used (Auto Calibration) / 使用自动校准的光学寻边l Microwave Finder / 微波方式寻边l Capacitive Finder / 电容方式寻边l Scanradius / 扫描半径，百分比表示8) 打开Single对话框进行设置（图3-9）。选点数目探头运动方式扫描间隔边缘时减速斜率校正保存提示振幅校正用于检测少子寿命小于ms的样品偏置光强度及使用时间 图3-9 single选项卡页面注意：有时探头在进行扫描时会有停顿的感觉，此时检查Movement Control 是否置于measure on the fly 模式。9) 点击Load Wafer上料。如果点击“OK”则放入样品正常上料，如点击“cancel” 则可自由移动探头、样品台。如果点击上料右边的下拉键，出现形状选择选项（图3-10）。图3-10 上料形状选项10) 上料结束后如图，会自动扫描样品的轮廓，点击AUTOSETTING，设备会自动设置监测参数（图3-11）。 1 2 3图3-11 上料后界面序 号功 能1执行自动设置（多点）2改变选点的数目3执行自动设置（单点）其中Transient Recorder页面（图3-12）说明如下： 衰减曲线2 1 3 4图3-12 Transient Recorder页面序 号功 能1少子寿命测试算法，固定为S1/10242少子寿命测量值3微波探头的输出电压值4单点自动设置NEW页面（图3-13）说明如下：加入注释分辨率样品尺寸扫描半径图3-13 NEW页面11) 点击工具栏（图3-14）中的图标进行扫描。图3-14 工具栏扫描结果（图3-15）如下： 2 3 1图3-15 扫描结果序 号功 能1扫描图2颜色刻度3测试数据结果12) FileSave保存结果。13) 点击下料。3.2.2 关机1) 取出所有样品。2) 关闭wintau32软件或FileExit。3) 关闭Windows系统工控机 StartShut Down。4) 关掉真空泵。5) 关闭DOS机的电源。4. 界面说明4.1 目标栏目录栏（图4-1）显示软件版本及用户名称。图4-1 目录栏1) File：打开文件，保存文件，删除文件及退出软件打开先前保存的数据、map保存；另存为；存储所有数据、map删除先前保存的数据、mapLBIC时使用,存储链接数据、map将数据、map导出，可选位图、HTML、ASCII格式关闭当前的map软件发生错误时强行退出,数据将不会保存正常关闭软件 图4-2 File下拉列表2) Edit：用于数据的操作撤销操作打开一个新窗口复制当前数据、map将当前测试中的所有数据复制到剪切板中将当前map以位图的格式复制到剪切板将map及其标尺复制到剪切板将map、标尺、注释和数据分类复制到剪切板复制标记；粘贴标记删除可见map删除不可见map 图4-3 Edit下拉列表3) View：改变map外观缩放打开信息窗口打开测量设置窗口打开Transient Evaluation 窗口打开柱状分布图窗口颜色倒置Map变成黑白色显示/隐藏工具栏显示/隐藏测试工具栏激活options 窗口改为对数度量 图4-4 View下拉列表4) Measure：用于测试操作的控制对检测项目进行选择初始化打开Recorder 窗口样品的尺寸上料