一種半導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方案是：裝置包括工裝、控制柜、計算機和連接纜線；工裝、控制柜、計算機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，通過一系列公式計算出半導體片材的表面缺陷及厚度。所述檢測方法包括：測試平臺水平校準方法、激光發生器和激光接收器同步運行的方法、半導體片材表面缺陷及厚度的檢測方法，半導體片材表面缺陷及厚度的計算方法。該檢測裝置簡單、實用、易于操作、檢測精度高、重復性好、樣品要求低、雜質及污染影響小，非常適合科研需求。
【專利說明】一種半導體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于檢測材料表面缺陷及厚度的方法及裝置，具體說是一種半導體片材的表面缺陷及厚度的檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，半導體在人們日常生活中已經獲得廣泛應用。由于半導體片材對表面要求高，其表面缺陷及厚度對后續制備工藝及性能影響較大，因此對半導體片材的表面缺陷及厚度進行檢測并及時處理，尤其是表面凸起、針刺、切割后及退火前后的翹曲度變化、局部硬質點等，能有效提高半導體片材性能與效率，為工藝改善提供技術支持；同時，半導體片材的檢測一般不宜采用直接接觸，以免造成半導體的劃傷及污染。目前，非接觸式測量方法包括電容法、光學反射法、微波反射法等，已經在半導體片材上獲得廣泛應用。電容法是指將樣品置入兩個平板電容之間，假設半導體樣品的相對介電常數恒定，通過對上下平板電容輸入交流高頻信號，在半導體片材和電容間產生高頻電場，通過電流的變化，根據電容公式，計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；由于雜質及灰塵等因素容易造成樣品介電常數的變化，使得重復性較低；且樣品的厚度也造成一定誤差，一般厚度越大誤差越大。光學反射法是指對樣品表面發射一束平行光，通過對反射光的信號收集，并計算分析，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。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有半導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、測試穩定、精度高的半導體片材的表面缺陷及厚度檢測方法及裝置，解決現有技術的可重復性差、樣品要求高、雜質及污染影響大、片厚不宜大的問題。
[0004]本發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、計算機和連接纜線，工裝、控制柜和計算機通過連接纜線順序連接。
[0005]所述的工裝包括:控制面板、激光發生器、激光接收器、測試平臺、保護裝置、同步運行系統、測試平臺支撐及水平調節系統、動力系統和底板；工裝的所有構件均安裝在底板上，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生器、激光接收器、測試平臺和保護裝置，在工裝的內部連接有同步運行系統、測試平臺支撐及水平調節系統和動力系統。
[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，以對檢測裝置進行控制。[0007]所述的測試平臺支撐及水平調節系統包括:水平校準螺母、鎖緊裝置和受力塊；在受力塊上連接有水平校準螺母和鎖緊裝置，校準螺母位于測試平臺四個角落處。
[0008]所述的同步運行系統包括:激光發生器、激光接收器、導軌、橫梁、軌道滑塊、支撐塊、固定桿、電動缸和動力塊；兩根導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生器和激光接收器，伺服電機的輸出軸與電動缸輸入軸連接，當伺服電機給電動缸提供動力時，則電動缸帶動激光發生器和激光接收器同步運行。
[0009]所述的片材檢測方法是:通過同步運行系統將綠色激光發生器和激光接收器固定在橫梁上，在伺服電機帶動下，動力系統推動橫梁在兩根平行的導軌左右來回運動，帶動激光發生器和激光接收器同步運行，當開啟激光發生器和接收器時，激光發生器發射一束平行激光，對校準好的測試平臺上的樣品進行水平連續掃描，激光接收器接收樣品相對高度值的信號，并通過數據線將相應的數據傳輸到計算機，通過軟件計算得到樣品的表面針刺高度、凸點高度、翹曲值和樣品厚度，并實時顯示；整個工裝的電源動力及程序控制由控制柜提供并保證設備正常運行，可實現全程自動控制；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行；信號采集與分析處理過程在工裝、控制柜和計算機中進行，工裝中數據采集卡收集的數據通過RS232通信傳輸給計算機，通過計算機的軟件分析半導體片材表面缺陷和厚度信息。
[0010]所述的計算是:基準面定義為測試平臺；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值處的厚度的平均值；總厚度偏差定義為所有取點處的厚度最大值與厚度最小值之差；凸點/針刺值定義為上表面相對高度值最大值與內部平均值之差，內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5個取樣點(可自行定義)偏離上表面相對高度值的內部平均值則可定義為一個凸點/針刺；當有多個凸點/針刺，利用上述方法分別計算；計算程序基于Labview編寫,可圖示化顯示。具體計算方法如下:
[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:
【權利要求】
1.一種半導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、計算機和連接纜線四部分組成，各部分之間的連接關系是:工裝、控制柜和計算機通過連接纜線順序連接。
2.根據權利要求1所述的一種半導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、激光發生器、激光接收器、測試平臺、保護裝置、同步運行系統、測試平臺支撐及水平調節系統、動力系統和底板；工裝的所有構件均安裝在底板上，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生器、激光接收器、測試平臺和保護裝置，在工裝的內部連接有同步運行系統、測試平臺支撐及水平調節系統和動力系統。
3.根據權利要求2所述的一種半導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.根據權利要求2所述的一種半導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節系統包括:水平校準螺母、鎖緊裝置和受力塊；在受力塊上連接有水平校準螺母和鎖緊裝置，校準螺母位于測試平臺四個角落處。
5.根據權利要求2所述的一種半導體片材的表面缺陷及厚度檢測裝置，其特征在于:所述的同步運行系統包括:激光發生器、激光接收器、導軌、橫梁、軌道滑塊、支撐塊、固定桿、電動缸和動力塊；兩根導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生器和激光接收器，伺服電機的輸出軸與電動缸輸入軸連接。
6.權利要求1所述的一種半導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:通過同步運行系統將綠色激光發生器和激光接收器固定在橫梁上，在伺服電機帶動下，動力系統推動橫梁在兩根平行的導軌左右來回運動，帶動激光發生器和激光接收器同步運行，當開啟激光發生器和接收器時，激光發生器發射一束平行激光，對校準好的測試平臺上的樣品進行水平連續掃描，激光接收器接收樣品相對高度值的信號，并通過數據線將相應的數據傳輸到計算機，通過軟件計算得到樣品的表面針刺高度、凸點高度、翹曲值和樣品厚度，并實時顯示；整個工裝的電源動力及程序控制由控制柜提供并保證設備正常運行，可實現全程自動控制；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行；信號采集與分析處理過程在工裝、控制柜和計算機中進行，工裝中數據采集卡收集的數據通過RS232通信傳輸給計算機，通過計算機的軟件分析半導體片材表面缺陷和厚度信肩、O
7.根據權利要求6所述的一種半導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:所述的計算是:厚度為取點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值處的厚度的平均值；總厚度偏差定義為所有取點處的厚度最大值與厚度最小值之差；凸點/針刺值為其上表面相對高度值最大值與內部平均值之差，內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5個取樣點偏離上表面相對高度值的內部平均值則可定義為一個凸點/針刺；當有多個凸點/針刺，利用上述方法分別計算；計算程序基于Labview編寫，可進行自動檢測，并圖示化顯示；具體計算方法如下:
厚度計算: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 優先權日:2013年11月5日
【發明者】黃飛, 閆愛華, 趙輝, 廖振華, 尹詩斌, 強穎懷, 張紹良 申請人:中國礦業大學