專利名稱：拋光表面檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種檢測裝置，特別涉及一種可有效地檢出晶片表面或晶片亞表面的微小缺陷和沾污的拋光表面檢測儀。
隨著微電子技術的高速發展，在半導體晶片上集成制造的晶體管的數目在不斷提高，美國仙童半導體公司的科學家在幾十年前就提出在一定面積的晶片上所能制造的晶體管的數目將以每十八個月翻一翻的速度遞增。近二十年來，集成度的進展正是遵循了這個規律，科學家預言未來十到二十年，該規律仍將存在。因此每個晶體管在晶片上所占有的面積就變得越來越小。人們預言在不久的將來，每個晶體管將僅由十幾個甚至更少的晶體原子構成，這種發展趨勢給半導體晶片的研制生產提出了更嚴格的要求，任何存在于晶片表面或亞表面的微小缺陷或沾污都將嚴重影響器件的性能甚至導致器件失效。對于大規模和超大規模集成電路的研制和生產而言，首先即應剔除帶有微小缺陷或沾污的晶片，否則將嚴重影響成品率。因此對經機械化學拋光后的晶片進行表面或亞表面的微小缺陷和沾污的檢測，正逐步成為關系到半導體材料拋光晶片的質量和器件制造成品率的關鍵技術之一。遺憾的是，目前還沒有一種有效地檢出晶片表面或亞表面的微小缺陷和沾污的裝置。
本實用新型的目的在于提供一種拋光表面檢測儀，它可準確地將拋光面的表面及亞表面的形貌以可視圖象的形式顯現于適當的媒體上，同時將表面及亞表面固有的、由于加工造成的以及環境造成的缺陷顯現于圖象中。它所能檢測的材料一般包括金屬、半導體材料及有類似性質的其他固體物質。
如上構思，本實用新型的技術方案是一種拋光表面檢測儀，其特征在于由機箱、控制裝置和置于機箱內的光源裝置、樣品輸送裝置、成象屏、攝像裝置組成；其中樣品輸送裝置與樣品輸送控制電路連接；攝像裝置與攝像控制電路連接；該控制電路包括放大、焦距、光圈控制電路和平動臺控制電路；上述各個控制電路的輸入端均與控制裝置中的控制設備的輸出端相接攝像裝置的輸出端與監視器的輸入端相接。
上述光源裝置由導軌，緊固在導軌上的光源、光具座和空間濾波器組成。
上述在于光源可選用氦氖激光管。
上述控制裝置中的控制設備可采用計算機，也可采用控制器。
上述樣品輸送裝置由一維平動軌道，可在其上左、右移動的樣品臺和可帶動樣品臺移動的傳動機構組成，傳動機構由直流電機、連接在其上的傳遞皮帶組成，傳送皮帶與樣品臺相接；所述樣品輸送控制電路與直流電機相接。
上述的樣品輸送裝置由轉向控制臺，發送樣品升降臺、合格樣品、不合格樣品接收升降臺組成，轉向控制臺與發送樣品升降臺之間、合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間、不合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間均用傳送皮帶相連。
上述各升降臺由步進電機、皮帶、皮帶輪、絲杠、絲母和樣品臺組成，其中步進電機與皮帶相接，皮帶與絲杠相接，絲杠與固定在樣品臺上的絲母相接，所述升降臺控制電路與步進電機相接。
上述攝像裝置由置于二維平動臺滑塊上的圖象采集器、帶動平動臺移動和帶動圖象采集器移動的步進電機組成，所述平動臺控制電路可采用步進電機控制電路；所述放大、焦距、光圈控制電路與圖象采集器相接。
本實用新型的原理入射光束經適當處理后，投射于一經拋光處理的有足夠光反射能力的固體材料表面時，其反射光經材料表面作用便攜帶了關于材料表面及亞表面的相關信息。經適當調整，在相對于反射光的方向上，即可獲得關于該表面的可視圖象。當被照射表面及亞表面均勻平整、無缺陷存在時，得到的是一亮度均勻的圖象；當物體表面或內部存在缺陷時，其內部原子、分子間的作用發生畸變，該處的光學性質隨之發生變化，局部的折射率和反射率發生微小變化，從而導致反射光的變化，形成亮度不均勻的圖象，得到有關表面及亞表面的相關信息的可視圖象。
本實用新型的優點是1、可準確地檢測出材料拋光表面的質量狀況，提高產品合格率，從而降低成本。2、本實用新型為無損檢測造價較低。3、檢測費用低廉。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。
圖1為本實用新型的結構框圖。
圖2為光源結構框圖。
圖3為單片式樣品輸送裝置結構示意圖。
圖4為單片式樣品輸送裝置直流電機控制電路原理圖。
圖5為盒一盒式樣品輸送裝置結構示意圖。
圖6為升降臺結構示意圖。
圖7為步進電機控制電路方框圖。
圖8為步進電機控制電路原理圖。
圖9為由計算機控制的步進電機控制電路原理圖。
圖10為I/O卡電路圖。
圖11為與I/O卡電路配套的接口電路圖。
圖12為攝像裝置結構示意圖。
圖13為本實用新型電路控制系統方框圖。
圖14為本實用新型計算機控制程序流程圖。
實施例本實用新型由以下幾個部分組成。
①光源27本系統采用氦氖激光器作為光源，經適當光學處理后獲得一束適當的光斑照射于被測樣品表面，該光源由導軌1、緊固在導軌上的擬氖激光管2，光具座3和空間濾波器4組成。
②樣品輸送裝置28該裝置與樣品輸送控制電路連接。樣品輸送裝置分為兩種形式如圖3所示一種為單片式樣品輸送臺，其由一維平動軌道5、可在其上左、右移動的樣品臺6和可帶動樣品臺移動的傳動機構組成。傳動機構由直流電機7、連接在其上的傳送皮帶組成。傳送皮帶與樣品臺相接。所述樣品輸送控制電路與直流電機相接(如圖4所示)。由電機通過皮帶拖動樣品臺完成往返式直線運動，實現樣品的送入和退出功能。每次送入一片樣品，檢測后退出。使用配有減速箱的直流電機作為單片式樣品輸運臺的動力源，特點是成本低、自動化程度低、操作簡單。其電路主要控制功能是電機的正反轉和極限位置的限定。其中直流電機與控制開關連接，控制開關分別與兩個限位開關的一端連接，兩個限位開關的另一端分別與直流電源的正、負極相接；本電路通過改變電機輸入電源的極性實現電機的正反轉。控制開關推向正極時電機正轉，樣品臺將樣品送入機箱，到達測試位置時樣品臺使正極線路上的限位開關斷開，電機自動停止工作。控制開關推向負極時電機反轉，樣品臺將樣品送出機箱，到達極限位置時樣品臺使負極線路上的限位開關斷開，電機自動停止工作。
如要求具有較高的自動化程度，則可利用第二種形式，如圖6所示即半導體晶片專用盒到盒傳遞裝置，該裝置由轉向控制臺9，發送樣品升降臺10，合格樣品接收升降臺11、不合格樣品接收升降臺12組成。轉向控制臺與發送樣品升降臺之間、合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間、不合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間均用傳送皮帶13相連。各升降臺由步進電機14、皮帶15、皮帶輪16、絲杠17、絲母18和樣品臺19組成，其中步進電機與皮帶相接，皮帶與絲杠相接，絲杠與固定在樣品臺上的絲母相連。所述樣品輸送電路即升降臺控制電路與步進電機相接。如圖7、8所示該升降臺控制電路即步進電機控制電路由功率放大電路、時鐘電路、環行分配器和電機正反轉控制電路組成；時鐘電路與環行分配器和電機正反轉控制電路的輸入端連接，時鐘電路與環行分配器和電機正反轉控制電路的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與步進電機連接。其中，IC2及周邊器件為電機電源；IC1及周邊器件為時鐘電路；IC3-IC5及周邊器件為步進電機環形分配器；IC6B及周邊器件為電機正、反轉控制電路；T1-T6為功率放大電路；SW1、SW2為行程開關。KEY1、KEY2為正、反轉控制開關。該步進電機控制電路按照接口卡指令，控制升降臺步進電機的運轉。使樣品準確地送至檢測位置21，在此位置上，樣品被光源均勻良好地照射，其反射光要全部投射到成象屏上。如圖10所示I/O卡電路為標準I/O接口，使用8522芯片為核心，在微機標準CPU和程序控制下完成接口的輸入輸出控制、數據采集、命令字輸出等基本I/O功能。如圖11所示的與I/O卡配套的接口電路，直接接收I/O卡的指令，執行對機器內的三個晶片收發升降臺、測試皮帶、收片皮帶、CCD平動臺、鏡頭等部件的控制。
其中各接插件的具體定義為升降臺1-3BOX X-1-4為上下限位及行程位置探測器接插件，BOX X-5為步進電機控制接插件，作為步進電機控制電路的輸入信號；x為升降臺編號，故共有15個接插件。
LENS為鏡頭控制和CCD電源接插件，X、Y為攝像裝置平動臺控制接插件，作為步進電機控制電路的輸入信號。
ZC1、ZC2分別為測試皮帶上晶片位置和皮帶電機控制接插件。
T1-T3為轉向臺位置、運行狀態探測接插件，T4為控制轉向臺位置電機接插件，T5為收片軌道電機控制接插件。
VCC為電源輸入接插件。
圖5、6所示步進電機通過皮帶、皮帶輪使絲杠轉動，實現絲母和樣品臺的上升、下降。當用于發送樣品時，首先將樣品臺上升到最高處，將裝滿晶片的晶片盒放在樣品臺上，計算機接收到開始檢測的指令后，將轉動步數和轉動方向數據發給步進電機控制電路，使樣品臺下降一定距離，此時晶片恰好落在傳送帶上。計算機再發送指訟，使傳送帶26轉動，將晶片送出。如此循環，將晶片全部送出后，樣品臺又上升到最高處。當升降臺用于接收樣品時，其過程則與之相反。
③成象屏29用于接收經由樣品反射而來的光線，經過調整光源、樣品及成象屏的相對位置，屏上出現關于被檢測表面的可視圖象。該屏要平整細膩，以反映樣品表面的情況。成象屏由纖維制品或其他合適材料制成。
④攝像裝置30用于攝取成象屏上的圖象并經接口將圖象傳至計算機或監視器。攝像裝置由二維平動臺20、帶動置于滑塊21上的圖象采集器22、帶動平動臺移動和帶動圖象采集器移動的步進電機23、24組成。
與圖象采集器相接的放大、焦距、光圈的控制電路可選擇閉路電視監視系統中的云臺控制器。如本系統中使用的是WISH WS308云臺控制器。攝像系統中二維平動臺的控制電路可選用步進電機控制電路(如圖7、8所示)。特點是可以精確控制監視器中所顯示圖象的位置，由計算機控制步進電機的轉動步數和轉動方向。(如圖10、11所示)。
⑤控制系統由控制設備和監視器組成。
權利要求1.一種拋光表面檢測儀，其特征在于由機箱、控制裝置和置于機箱內的光源裝置、樣品輸送裝置、成象屏、攝像裝置組成；其中樣品輸送裝置與樣品輸送控制電路連接；攝像裝置與攝像控制電路連接；該控制電路包括放大、焦距、光圈控制電路和平動臺控制電路；上述各個控制電路的輸入端均與控制裝置中的控制設備的輸出端相接；攝像裝置的輸出端與監視器的輸入端相接。
2.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于，所述光源裝置由導軌，緊固在導軌上的光源、光具座和空間濾波器組成。
3.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于光源可選用氦氖激光管。
4.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于控制裝置中的控制設備可采用計算機，也可采用控制器。
5.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于，所述樣品輸送裝置由一維平動軌道，可在其上左、右移動的樣品臺和可帶動樣品臺移動的傳動機構組成，傳動機構由直流電機、連接在其上的傳遞皮帶組成，傳送皮帶與樣品臺相接；所述樣品輸送控制電路與直流電機相接。
6.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于，所述的樣品輸送裝置由轉向控制臺，發送樣品升降臺、合格樣品、不合格樣品接收升降臺組成，轉向控制臺與發送樣品升降臺之間、合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間、不合格樣品接收升降臺與轉向控制臺之間均用傳送皮帶相連。
7.根據權利要求6所述的拋光表面檢測儀，其特征在于，所述各升降臺由步進電機、皮帶、皮帶輪、絲杠、絲母和樣品臺組成，其中步進電機與皮帶相接，皮帶與絲杠相接，絲杠與固定在樣品臺上的絲母相接，所述升降臺控制電路與步進電機相接。
8.根據權利要求1所述的拋光表面檢測儀，其特征在于，所述攝像裝置由置于二維平動臺滑塊上的圖象采集器、帶動平動臺移動和帶動圖象采集器移動的步進電機組成，所述平動臺控制電路可采用步進電機控制電路；所述放大、焦距、光圈控制電路與圖象采集器相接。
專利摘要本實用新型屬于一種檢測裝置,特別涉及一種可有效地檢出晶片表面或晶片亞表面的微小缺陷和沾污的拋光表面檢測儀。由機箱、控制裝置和置于機箱內的光源裝置、樣品輸送裝置、成象屏、攝像裝置組成;本實用新型的優點是:1.可準確地檢測出材料拋光表面的質量狀況,提高產品合格率,從而降低成本。2.本實用新型為無損檢測造價較低。3.檢測費用低廉。
文檔編號G01N21/892GK2482082SQ00243659
公開日2002年3月13日 申請日期2000年7月21日 優先權日1999年12月10日
發明者王利杰, 馮玢 申請人:信息產業部電子第四十六研究所