从晶圆到芯片的整个流程包含了许多步骤,其中,对晶圆的掺杂决定了半导体器件的用途和性能,这一步骤对于芯片的制造至关重要。掺杂过程也是离子注入过程,离子注入后对晶圆的检测可以及时分析离子注入的分布情况,是否复合设计需求,避免了后续加工成本的浪费。离子注入检测的方法可分为有损检测和无损检测两大类,有损检测方法会对硅片造成污染和损坏且检测时间更长,而光学无损检测方法可以对离子注入后的样品实现快速、无污染检测。无损检测方法有很多,利用的检测原理也不尽相同。本文主要研究调制光反射技术,探测离子注入对半导体材料表面造成的损伤和缺陷引起的非晶化,所导致样品表面反射率的改变。接着从原理上分析不同离子注入剂量和注入能量对样品反射率的影响,从理论上证明了调制光反射技术对离子注入剂量和能量的敏感性。本文基于调制光反射技术原理,研制并搭建了半导体离子注入的光学检测系统,该系统分为硬件和软件两个部分。硬件部分包含了调制光反射技术的光学设计和自动聚焦的光学模块。自动聚焦光学模块提供了两种思路,一种利用光强分布来判断焦点位置,另一种利用两个光斑的图像变化来判断焦点位置。软件部分包含了晶圆扫描的运动轨迹规划、数据同步采集和分析、图像处理方法、PID控制算法等,软件部分的嵌入让复杂的检测系统在操作上更简单。通过该系统检测了不同注入剂量、不同注入能量、不同产掺杂离子和不同调制频率下样品的调制光反射信号强度,实验结果与理论分析一致,验证了该系统的可行性。该系统可将掺杂浓度间隔较低的样品区分开,验证了系统的灵敏度。通过对硅片的扫描,得到了硅片的调制光反射信号强度分布图,从图中可以直观地看到离子注入后的剂量分布情况,证明该系统可以很好的检测出离子注入后样品的剂量分布。