專利名稱：一種晶體材料檢查裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)及加工時(shí)的晶片生產(chǎn)加工， 具體地說更涉及一種晶體材料檢查裝置及方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及加工領(lǐng)域，晶片如藍(lán)寶石的質(zhì)量，對(duì)后續(xù)在其上生長(zhǎng)的MgB2超導(dǎo)薄膜、第三代半導(dǎo)體材料GaN薄膜以及制備藍(lán)光二極管的性能和成品率有很大影響，因此， 作為基礎(chǔ)材料的藍(lán)寶石襯底晶片的質(zhì)量必須首先得到保證，并且現(xiàn)在的芯片要求也越來越高，微型化和高性能的趨勢(shì)對(duì)基礎(chǔ)材料的質(zhì)量要求必然越來越高。為了滿足日益嚴(yán)格的質(zhì)量要求，則要生產(chǎn)高品質(zhì)的藍(lán)寶石晶片，其中，除了要改進(jìn)藍(lán)寶石晶片制備技術(shù)外，藍(lán)寶石晶片本身質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)藍(lán)寶石晶片質(zhì)量的檢測(cè)包含對(duì)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的檢測(cè)，而目前業(yè)內(nèi)一般采用光學(xué)成像方法，即根據(jù)幾何光學(xué)成像原理通過光電探測(cè)器來探測(cè)雜質(zhì)的形貌及大小，其優(yōu)點(diǎn)是快捷方便，并對(duì)被測(cè)樣品無損傷，但這種方法測(cè)量的分辨率比較低，測(cè)量下限不夠。另外，作為研究的實(shí)驗(yàn)室多采用原子粒顯微鏡等分辨率較高的儀器，但這些儀器價(jià)格昂貴，且成像范圍太小，導(dǎo)致操作麻煩，速度慢，而且受探頭的影響太大，并不適合于工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的是為了克服目前晶體材料內(nèi)雜質(zhì)檢查方法的單一以及測(cè)量?jī)x器價(jià)格昂貴等不足，而提供一種價(jià)格相對(duì)低廉、檢測(cè)準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量范圍寬的晶體材料檢查裝置及方法，從而改善現(xiàn)有晶片檢測(cè)技術(shù)的不足。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例提出的一種晶體材料檢查裝置是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種晶體材料檢查裝置，所述裝置包括光源模塊，用來發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；光電探測(cè)模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)提取模塊，用來對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用來對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光源模塊包括激光器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會(huì)聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測(cè)模塊包括光電探測(cè)器，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測(cè)模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測(cè)器連接，用來對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測(cè)器為光電二極管或微型光電倍增管。為了實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種晶體材料檢查方法，所述晶體材料檢查方法是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種晶體材料檢查方法，所述方法包括發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)經(jīng)照射后形成后向散射光并經(jīng)原光路返回；對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/ 或其分布信息。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射具體包括激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)， 并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)具體包括對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述方法還包括通過跨阻放大器對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種新的晶體材料檢查裝置及方法，采用激光自混頻技術(shù)，通過測(cè)量激光被雜質(zhì)顆粒群散射的后向散射光與入射光相干涉信號(hào)(即自混頻信號(hào))， 直接給出雜質(zhì)的粒徑大小及分布，克服了原子力顯微鏡成像范圍太小，操作麻煩，速度慢， 受探頭的影響太大等缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量工作可靠、迅速，且價(jià)格相對(duì)低廉，適合于工程實(shí)時(shí)監(jiān)控等應(yīng)用。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1 一種晶體材料檢查裝置組成示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2光源模塊組成示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3光電探測(cè)模塊組成示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例4 一種晶體材料檢查裝置實(shí)施示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例5 —種晶體材料檢查方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例1 一種晶體材料檢查裝置，所述裝置包括光源模塊，用來發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；光電探測(cè)模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)提取模塊，用來對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用來對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。進(jìn)一步優(yōu)選地，如圖2所示，所述光源模塊包括激光器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會(huì)聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。進(jìn)一步優(yōu)選地，如圖3所示，所述光電探測(cè)模塊包括光電探測(cè)器，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電
流信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測(cè)模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測(cè)器連接，用來對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測(cè)器為光電二極管或微型光電倍增管。具體實(shí)施條件下，如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例4的晶體材料檢查裝置的實(shí)施示意圖，如實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體材料潔凈度的檢測(cè)，采用激光自混頻技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，即在激光的測(cè)量光束上依序排列有光電探測(cè)器、激光器、準(zhǔn)直透鏡、會(huì)聚透鏡、被測(cè)晶體材料；激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光；光電探測(cè)器連接有跨阻放大器、混合信號(hào)示波器和計(jì)算機(jī)。因此，對(duì)于測(cè)量光路，本發(fā)明實(shí)施例采用半導(dǎo)體激光光源激光器在驅(qū)動(dòng)電路的控制下發(fā)出激光，出射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行入射光，平行入射光經(jīng)過會(huì)聚透鏡照射在被測(cè)晶體材料上。晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光經(jīng)原光路返回，與入射光相干涉后反饋回激光腔，信號(hào)被光電探測(cè)器探測(cè)并轉(zhuǎn)化為微弱的電流信號(hào)，再通過跨阻放大器轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào)。對(duì)于光電轉(zhuǎn)換，光電探測(cè)器采用高靈敏度的光電二極管或微型光電倍增管，由于光電探測(cè)器與激光器封裝在同一個(gè)盒子里，后向散射光較弱，探測(cè)區(qū)域很小，因此所采用的光電二極管或微型光電倍增管不僅要體積小，利于裝置微型化，而且光電二極管座采用高導(dǎo)電率和高導(dǎo)磁材料，并使其接地良好，這就有效地消除了外界的電磁干擾，從而大大消除了背景噪聲，提高了光電探測(cè)器的靈敏度。對(duì)于信號(hào)提取模塊，采用泰克MS04034混合信號(hào)示波器，其外接測(cè)量光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)送來的電壓信號(hào)通過數(shù)字示波器觀察頻譜特性和提取數(shù)字信號(hào)，輸入進(jìn)信號(hào)處理模塊。對(duì)于信號(hào)處理模塊，其可以采用一電子計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中裝有與泰克MS04034混合信號(hào)示波器相關(guān)的數(shù)字處理LABVIEW軟件，從而進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，最終獲得晶體材料內(nèi)雜質(zhì)微納米顆粒粒徑及其分布信息。本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種新的晶體材料檢查裝置，采用激光自混頻技術(shù)，通過測(cè)量激光被雜質(zhì)顆粒群散射的后向散射光與入射光相干涉信號(hào)(即自混頻信號(hào))，直接給出雜質(zhì)的粒徑大小及分布，克服了原子力顯微鏡成像范圍太小，操作麻煩，速度慢，受探頭的影響太大等缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量工作可靠、迅速，且價(jià)格相對(duì)低廉，適合于工程實(shí)時(shí)監(jiān)控等應(yīng)用。另外，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例5還提供了一種新的晶體材料檢查方法，所述方法是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種晶體材料檢查方法，所述方法包括以下步驟發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)經(jīng)照射后形成后向散射光并經(jīng)原光路返回；對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/ 或其分布信息。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射具體包括激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)， 并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)具體包括對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述方法還包括通過跨阻放大器對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。具體實(shí)施條件下，本發(fā)明實(shí)施例采用前述的檢查裝置，通過激光自混頻技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，即在激光的測(cè)量光束上依序排列有光電探測(cè)器、激光器、準(zhǔn)直透鏡、會(huì)聚透鏡、被測(cè)晶體材料；激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光；光電探測(cè)器連接有跨阻放大器、混合信號(hào)示波器和數(shù)字處理模塊。對(duì)于數(shù)據(jù)處理，假定顆粒是單分散系，基于Lang-Kobayashi速率方程，可得到微納米顆粒自混頻信號(hào)的時(shí)間相關(guān)函數(shù)表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述裝置包括光源模塊，用來發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；光電探測(cè)模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)提取模塊，用來對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用來對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光源模塊包括激光器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會(huì)聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)模塊包括光電探測(cè)器，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測(cè)器連接，用來對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)器為光電二極管或微型光電倍增管。
6.一種晶體材料檢查方法，其特征在于，所述方法包括發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)經(jīng)照射后形成后向散射光并經(jīng)原光路返回；對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。
7.如權(quán)利要求6所述的晶體材料檢查方法，其特征在于，所述發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射具體包括激光器由激光器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)出入射光，所述入射光通過空間濾波器和準(zhǔn)直透鏡后形成一束平行光，所述會(huì)聚透鏡對(duì)所述平行光進(jìn)行會(huì)聚使其照射在被測(cè)晶體材料上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的晶體材料檢查方法，其特征在于，所述對(duì)所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)具體包括對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的晶體材料檢查方法，其特征在于，所述方法還包括通過跨阻放大器對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1或9所述的晶體材料檢查方法，其特征在于，所述對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息具體包括對(duì)自混頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析得到時(shí)間自相關(guān)函數(shù)，并對(duì)所述時(shí)間自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換得到功率譜函數(shù)，并根據(jù)顆粒粒徑與衰減速率Dq2存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息，其中，Dq2對(duì)應(yīng)所述時(shí)間相關(guān)函數(shù)的衰減速率。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種晶體材料檢查裝置及方法，用于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，包括光源模塊，用來發(fā)射入射光并使用所述入射光對(duì)被測(cè)晶體材料進(jìn)行照射；光電探測(cè)模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對(duì)被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，并將所述信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)提取模塊，用來對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理模塊，用來對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到所述被測(cè)晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。因此，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬而準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格相對(duì)低廉，適合于工程實(shí)時(shí)監(jiān)控等應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102411006SQ20111038008
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者劉獻(xiàn)偉, 曹鳳凱, 鄒宇琦, 陳先慶 申請(qǐng)人:上海施科特光電材料有限公司