一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置，屬于材料表面缺陷及厚度的檢測方法及裝置。所述裝置采取的具體技術(shù)方案是：裝置包括工裝、控制柜、計(jì)算機(jī)和連接纜線；工裝、控制柜、計(jì)算機(jī)通過連接纜線順序連接。所述裝置的檢測原理：利用綠色激光的透射原理間接反饋平面片材的高度值信號，通過一系列公式計(jì)算出半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度。所述檢測方法包括：測試平臺水平校準(zhǔn)方法、激光發(fā)生器和激光接收器同步運(yùn)行的方法、半導(dǎo)體片材表面缺陷及厚度的檢測方法，半導(dǎo)體片材表面缺陷及厚度的計(jì)算方法。該檢測裝置簡單、實(shí)用、易于操作、檢測精度高、重復(fù)性好、樣品要求低、雜質(zhì)及污染影響小，非常適合科研需求。
【專利說明】一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測材料表面缺陷及厚度的方法及裝置，具體說是一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度的檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，半導(dǎo)體在人們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)獲得廣泛應(yīng)用。由于半導(dǎo)體片材對表面要求高，其表面缺陷及厚度對后續(xù)制備工藝及性能影響較大，因此對半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度進(jìn)行檢測并及時(shí)處理，尤其是表面凸起、針刺、切割后及退火前后的翹曲度變化、局部硬質(zhì)點(diǎn)等，能有效提高半導(dǎo)體片材性能與效率，為工藝改善提供技術(shù)支持；同時(shí)，半導(dǎo)體片材的檢測一般不宜采用直接接觸，以免造成半導(dǎo)體的劃傷及污染。目前，非接觸式測量方法包括電容法、光學(xué)反射法、微波反射法等，已經(jīng)在半導(dǎo)體片材上獲得廣泛應(yīng)用。電容法是指將樣品置入兩個(gè)平板電容之間，假設(shè)半導(dǎo)體樣品的相對介電常數(shù)恒定，通過對上下平板電容輸入交流高頻信號，在半導(dǎo)體片材和電容間產(chǎn)生高頻電場，通過電流的變化，根據(jù)電容公式，計(jì)算平板電容與樣品間的距離以及樣品的厚度，由于大的平板電容計(jì)算誤差較大，該方法只適合小樣品及小的表面缺陷樣品；由于雜質(zhì)及灰塵等因素容易造成樣品介電常數(shù)的變化，使得重復(fù)性較低；且樣品的厚度也造成一定誤差，一般厚度越大誤差越大。光學(xué)反射法是指對樣品表面發(fā)射一束平行光，通過對反射光的信號收集，并計(jì)算分析，從而得到樣品厚度及表面缺陷信息，這種方法受表面狀況影響較大，如果表面粗糙，光散射大，導(dǎo)致接收信號弱，無法測量；樣品對平行光斑要求高，使得該方法一般只適用小樣品的測試。微波法是指采用微波輻射，對反射的微波信號進(jìn)行收集并分析處理，得到樣品的表面缺陷及厚度，該方法對樣品表面要求也極高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有半導(dǎo)體片材表面缺陷及厚度檢測存在的問題，提出一種安裝簡便、測試穩(wěn)定、精度高的半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)的可重復(fù)性差、樣品要求高、雜質(zhì)及污染影響大、片厚不宜大的問題。
[0004]本發(fā)明具有檢測方法和裝置的解決方案，該檢測裝置包括工裝、控制柜、計(jì)算機(jī)和連接纜線，工裝、控制柜和計(jì)算機(jī)通過連接纜線順序連接。
[0005]所述的工裝包括:控制面板、激光發(fā)生器、激光接收器、測試平臺、保護(hù)裝置、同步運(yùn)行系統(tǒng)、測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和底板；工裝的所有構(gòu)件均安裝在底板上，在工裝的前面連接有控制面板，在工裝的上端連接有激光發(fā)生器、激光接收器、測試平臺和保護(hù)裝置，在工裝的內(nèi)部連接有同步運(yùn)行系統(tǒng)、測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。
[0006]所述的控制面板包括:左信號燈、自動/手動切換鍵、啟動鍵、復(fù)位鍵、緊急按鈕、激光傳感器控制器和右信號燈；左信號燈、自動/手動切換鍵、啟動鍵、復(fù)位鍵、緊急按鈕、激光傳感器控制器和右信號燈均連接在控制面板上，以對檢測裝置進(jìn)行控制。[0007]所述的測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括:水平校準(zhǔn)螺母、鎖緊裝置和受力塊；在受力塊上連接有水平校準(zhǔn)螺母和鎖緊裝置，校準(zhǔn)螺母位于測試平臺四個(gè)角落處。
[0008]所述的同步運(yùn)行系統(tǒng)包括:激光發(fā)生器、激光接收器、導(dǎo)軌、橫梁、軌道滑塊、支撐塊、固定桿、電動缸和動力塊；兩根導(dǎo)軌和電動缸平行等間距固定在底板上，通過軌道滑塊和支撐塊將導(dǎo)軌與橫梁連接起來，通過固定桿將橫梁固定在動力塊上，而動力塊則同電動缸相連，橫梁兩端安裝有激光發(fā)生器和激光接收器，伺服電機(jī)的輸出軸與電動缸輸入軸連接，當(dāng)伺服電機(jī)給電動缸提供動力時(shí)，則電動缸帶動激光發(fā)生器和激光接收器同步運(yùn)行。
[0009]所述的片材檢測方法是:通過同步運(yùn)行系統(tǒng)將綠色激光發(fā)生器和激光接收器固定在橫梁上，在伺服電機(jī)帶動下，動力系統(tǒng)推動橫梁在兩根平行的導(dǎo)軌左右來回運(yùn)動，帶動激光發(fā)生器和激光接收器同步運(yùn)行，當(dāng)開啟激光發(fā)生器和接收器時(shí)，激光發(fā)生器發(fā)射一束平行激光，對校準(zhǔn)好的測試平臺上的樣品進(jìn)行水平連續(xù)掃描，激光接收器接收樣品相對高度值的信號，并通過數(shù)據(jù)線將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過軟件計(jì)算得到樣品的表面針刺高度、凸點(diǎn)高度、翹曲值和樣品厚度，并實(shí)時(shí)顯示；整個(gè)工裝的電源動力及程序控制由控制柜提供并保證設(shè)備正常運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)全程自動控制；自動控制采用基于PLC編輯的程序作為主控CPU，編譯各流程的控制程序，控制柜與工裝采用RS232建立通信，通過控制柜控制工裝的運(yùn)行；信號采集與分析處理過程在工裝、控制柜和計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，工裝中數(shù)據(jù)采集卡收集的數(shù)據(jù)通過RS232通信傳輸給計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)的軟件分析半導(dǎo)體片材表面缺陷和厚度信息。
[0010]所述的計(jì)算是:基準(zhǔn)面定義為測試平臺；上表面相對高度值定義為樣品上表面到測試平臺高度；下表面相對高度值定義為樣品下表面到測試平臺的高度；厚度定義為取點(diǎn)處的上表面相對高度值與下表面相對高度值之差；平均厚度定義為所有取點(diǎn)值處的厚度的平均值；總厚度偏差定義為所有取點(diǎn)處的厚度最大值與厚度最小值之差；凸點(diǎn)/針刺值定義為上表面相對高度值最大值與內(nèi)部平均值之差，內(nèi)部平均值定義為去除上表面相對高度值的前10%和后10%之后的平均值，如果連續(xù)5個(gè)取樣點(diǎn)(可自行定義)偏離上表面相對高度值的內(nèi)部平均值則可定義為一個(gè)凸點(diǎn)/針刺；當(dāng)有多個(gè)凸點(diǎn)/針刺，利用上述方法分別計(jì)算；計(jì)算程序基于Labview編寫,可圖示化顯示。具體計(jì)算方法如下:
[0011]上表面相對高度值:hr，h2,，...，hn,
[0012]下表面相對高度值屯，h2,..., hn
[0013]厚度:
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的裝置由工裝、控制柜、計(jì)算機(jī)和連接纜線四部分組成，各部分之間的連接關(guān)系是:工裝、控制柜和計(jì)算機(jī)通過連接纜線順序連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的工裝包括:控制面板、激光發(fā)生器、激光接收器、測試平臺、保護(hù)裝置、同步運(yùn)行系統(tǒng)、測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和底板；工裝的所有構(gòu)件均安裝在底板上，在工裝的前面連接有控制面板，在工裝的上端連接有激光發(fā)生器、激光接收器、測試平臺和保護(hù)裝置，在工裝的內(nèi)部連接有同步運(yùn)行系統(tǒng)、測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的控制面板包括:左信號燈、自動/手動切換鍵、啟動鍵、復(fù)位鍵、緊急按鈕、激光傳感器控制器和右信號燈；左信號燈、自動/手動切換鍵、啟動鍵、復(fù)位鍵、緊急按鈕、激光傳感器控制器和右信號燈均連接在控制面板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的測試平臺支撐及水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括:水平校準(zhǔn)螺母、鎖緊裝置和受力塊；在受力塊上連接有水平校準(zhǔn)螺母和鎖緊裝置，校準(zhǔn)螺母位于測試平臺四個(gè)角落處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的同步運(yùn)行系統(tǒng)包括:激光發(fā)生器、激光接收器、導(dǎo)軌、橫梁、軌道滑塊、支撐塊、固定桿、電動缸和動力塊；兩根導(dǎo)軌和電動缸平行等間距固定在底板上，通過軌道滑塊和支撐塊將導(dǎo)軌與橫梁連接起來，通 過固定桿將橫梁固定在動力塊上，而動力塊則同電動缸相連，橫梁兩端安裝有激光發(fā)生器和激光接收器，伺服電機(jī)的輸出軸與電動缸輸入軸連接。
6.權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置的檢測方法，其特征在于:片材檢測方法是:通過同步運(yùn)行系統(tǒng)將綠色激光發(fā)生器和激光接收器固定在橫梁上，在伺服電機(jī)帶動下，動力系統(tǒng)推動橫梁在兩根平行的導(dǎo)軌左右來回運(yùn)動，帶動激光發(fā)生器和激光接收器同步運(yùn)行，當(dāng)開啟激光發(fā)生器和接收器時(shí)，激光發(fā)生器發(fā)射一束平行激光，對校準(zhǔn)好的測試平臺上的樣品進(jìn)行水平連續(xù)掃描，激光接收器接收樣品相對高度值的信號，并通過數(shù)據(jù)線將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過軟件計(jì)算得到樣品的表面針刺高度、凸點(diǎn)高度、翹曲值和樣品厚度，并實(shí)時(shí)顯示；整個(gè)工裝的電源動力及程序控制由控制柜提供并保證設(shè)備正常運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)全程自動控制；自動控制采用基于PLC編輯的程序作為主控CPU，編譯各流程的控制程序，控制柜與工裝采用RS232建立通信，通過控制柜控制工裝的運(yùn)行；信號采集與分析處理過程在工裝、控制柜和計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，工裝中數(shù)據(jù)采集卡收集的數(shù)據(jù)通過RS232通信傳輸給計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)的軟件分析半導(dǎo)體片材表面缺陷和厚度信肩、O
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種半導(dǎo)體片材的表面缺陷及厚度分析檢測裝置的檢測方法，其特征在于:所述的計(jì)算是:厚度為取點(diǎn)處的上表面相對高度值與下表面相對高度值之差；平均厚度為所有取點(diǎn)值處的厚度的平均值；總厚度偏差定義為所有取點(diǎn)處的厚度最大值與厚度最小值之差；凸點(diǎn)/針刺值為其上表面相對高度值最大值與內(nèi)部平均值之差，內(nèi)部平均值定義為去除上表面相對高度值的前10%和后10%之后的平均值，如果連續(xù)5個(gè)取樣點(diǎn)偏離上表面相對高度值的內(nèi)部平均值則可定義為一個(gè)凸點(diǎn)/針刺；當(dāng)有多個(gè)凸點(diǎn)/針刺，利用上述方法分別計(jì)算；計(jì)算程序基于Labview編寫，可進(jìn)行自動檢測，并圖示化顯示；具體計(jì)算方法如下:
厚度計(jì)算:h10 = W-h” h20 = h2, -h2,...，hn0 = hn, _hn
平均厚度
【文檔編號】G01B11/06GK103543162SQ201310542491
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】黃飛, 閆愛華, 趙輝, 廖振華, 尹詩斌, 強(qiáng)穎懷, 張紹良 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)