專利名稱：一種晶體材料檢查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(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。
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，對后續(xù)在其上生長的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對基礎(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)量的檢測技術(shù)也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。對藍(lán)寶石晶片質(zhì)量的檢測包含對晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的檢測，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器來探測雜質(zhì)的形貌及大小，其優(yōu)點(diǎn)是快捷方便，并對被測樣品無損傷，但這種方法測量的分辨率比較低，測量下限不夠。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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(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量儀器價(jià)格昂貴等不足，而提供一種價(jià)格相對低廉、檢測準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、 測量范圍寬的晶體材料檢查裝置及方法，從而改善現(xiàn)有晶片檢測技術(shù)的不足。為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型實(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被測晶體材料進(jìn)行照射；光電探測模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號；信號提取模塊，用來對所述電信號進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；信號處理模塊，用來對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所述被測晶體材料內(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)動電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(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，所述會聚透鏡對所述平行光進(jìn)行會聚使其照射在被測晶體材料上。[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測模塊包括光電探測器，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電流信號。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測器連接，用來對所述電流信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測器為光電二極管或微型光電倍增管。本實(shí)用新型實(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(即自混頻信號)，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)簡單、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時測量工作可靠、 迅速，且價(jià)格相對低廉，適合于工程實(shí)時監(jiān)控等應(yīng)用。

通過
以下結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚和容易理解。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1 一種晶體材料檢查裝置組成示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2光源模塊組成示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例3光電探測模塊組成示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例4 一種晶體材料檢查裝置實(shí)施示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例5 —種晶體材料檢查方法流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，為本實(shí)用新型實(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被測晶體材料進(jìn)行照射；光電探測模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號；信號提取模塊，用來對所述電信號進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；信號處理模塊，用來對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所述被測晶體材料內(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)動電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(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，所述會聚透鏡對所述平行光進(jìn)行會聚使其照射在被測晶體材料上。進(jìn)一步優(yōu)選地，如圖3所示，所述光電探測模塊包括光電探測器，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電
流信號。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測器連接，用來對所述電流信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號。[0035]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光電探測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，為本實(shí)用新型實(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)對晶體材料潔凈度的檢測，采用激光自混頻技術(shù)進(jìn)行測量，即在激光的測量光束上依序排列有光電探測器、激光器、準(zhǔn)直透鏡、會聚透鏡、被測晶體材料；激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā)光；光電探測器連接有跨阻放大器、混合信號示波器和計(jì)算機(jī)。因此，對于測量光路，本實(shí)用新型實(shí)施例采用半導(dǎo)體激光光源激光器在驅(qū)動電路的控制下發(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)過會聚透鏡照射在被測晶體材料上。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，信號被光電探測器探測并轉(zhuǎn)化為微弱的電流信號，再通過跨阻放大器轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)碾妷盒盘枴τ诠怆娹D(zhuǎn)換，光電探測器采用高靈敏度的光電二極管或微型光電倍增管，由于光電探測器與激光器封裝在同一個盒子里，后向散射光較弱，探測區(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，提高了光電探測器的靈敏度。對于信號提取模塊，采用泰克MS04034混合信號示波器，其外接測量光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)送來的電壓信號通過數(shù)字示波器觀察頻譜特性和提取數(shù)字信號，輸入進(jìn)信號處理模塊。對于信號處理模塊，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。本實(shí)用新型實(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(即自混頻信號)，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)簡單、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時測量工作可靠、 迅速，且價(jià)格相對低廉，適合于工程實(shí)時監(jiān)控等應(yīng)用。另外，如圖5所示，本實(shí)用新型實(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被測晶體材料進(jìn)行照射；所述被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)經(jīng)照射后形成后向散射光并經(jīng)原光路返回；對所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號；對所述電信號進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所述被測晶體材料內(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被測晶體材料進(jìn)行照射具體包括激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(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，所述會聚透鏡對所述平行光進(jìn)行會聚使其照射在被測晶體材料上。[0051]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述對所述后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測， 并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號具體包括對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電流信號。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述方法還包括通過跨阻放大器對所述電流信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號。具體實(shí)施條件下，本實(shí)用新型實(shí)施例采用前述的檢查裝置，通過激光自混頻技術(shù)進(jìn)行測量，即在激光的測量光束上依序排列有光電探測器、激光器、準(zhǔn)直透鏡、會聚透鏡、被測晶體材料；激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā)光；光電探測器連接有跨阻放大器、混合信號示波器和數(shù)字處理模塊。對于數(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的時間相關(guān)函數(shù)表達(dá)式RW = Po (1 + 2m2 IQj2 (N) exp(- ZVr))其中，τ是自相關(guān)延遲時間，q是散射波矢矢量，大小為q = 4Ji/λ (其中λ是入射光波長)，6即(-0(121)表示顆粒布朗運(yùn)動的特征，其中擴(kuò)散系數(shù)0( =、17331 nd)與顆粒的粒徑d、粘度系數(shù)η和溫度T有關(guān)。顆粒越大擴(kuò)散系數(shù)D越小，自相關(guān)函數(shù)衰減越慢， 反之顆粒越小則擴(kuò)散系數(shù)D越大，自相關(guān)函數(shù)衰減越快。對于以上公式做傅里葉變換即可得到其功率譜函數(shù)表達(dá)式 {ω)=2πΡ^δ{ω)+4πι2γ:ηΜ\2{Ν)Ρ^ f/
\Dq ) +ωDq2與顆粒粒徑之間存在反比關(guān)系
n 2 \βτ Τ 1叫=玄-d由以上可見，顆粒粒徑與參數(shù)Dq2存在對應(yīng)關(guān)系，在時間相關(guān)函數(shù)曲線上，Dq2對應(yīng)了時間相關(guān)函數(shù)的衰減速率，在功率譜曲線上Dq2的不同對應(yīng)了 Lorentz線型的高度變化。 因此，通過測量后向散射光自混頻信號可得到顆粒的粒徑大小及分布情況。本實(shí)用新型實(shí)施例通過提供一種新的晶體材料檢查方法，采用激光自混頻技術(shù)， 通過測量激光被雜質(zhì)顆粒群散射的后向散射光與入射光相干涉信號(即自混頻信號)，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)簡單、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時測量工作可靠、 迅速，且價(jià)格相對低廉，適合于工程實(shí)時監(jiān)控等應(yīng)用。本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解，本實(shí)用新型以上實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例之一，為篇幅限制，這里不能逐一列舉所有實(shí)施方式，任何可以體現(xiàn)本實(shí)用新型權(quán)利要求技術(shù)方案的實(shí)施，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
僅限于此，在本實(shí)用新型的上述指導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
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被測晶體材料進(jìn)行照射；光電探測模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號；信號提取模塊，用來對所述電信號進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；信號處理模塊，用來對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所述被測晶體材料內(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)動電路、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、會聚透鏡，其中，所述激光器由激光器驅(qū)動電路驅(qū)動發(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，所述會聚透鏡對所述平行光進(jìn)行會聚使其照射在被測晶體材料上。
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，所述光電探測模塊包括光電探測器，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電流信號。
4.如權(quán)利要求3所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光電探測模塊還包括跨阻放大器，與所述光電探測器連接，用來對所述電流信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號。
5.如權(quán)利要求4所述的晶體材料檢查裝置，其特征在于，所述光電探測器為光電二極管或微型光電倍增管。
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種晶體材料檢查裝置，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被測晶體材料進(jìn)行照射；光電探測模塊，與所述光源模塊封裝在一起，用來對被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的后向散射光與入射光相干涉后得到的信號進(jìn)行探測，并將所述信號轉(zhuǎn)化為電信號；信號提取模塊，用來對所述電信號進(jìn)行提取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；信號處理模塊，用來對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到所述被測晶體材料內(nèi)雜質(zhì)的微納米顆粒粒徑和/或其分布信息。因此，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬而準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格相對低廉，適合于工程實(shí)時監(jiān)控等應(yīng)用。
文檔編號G01N15/02GK202330305SQ20112047584
公開日2012年7月11日 申請日期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 申請人:上海施科特光電材料有限公司