专利名称：抛光表面检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种检测装置，特别涉及一种可有效地检出晶片表面或晶片亚表面的微小缺陷和沾污的抛光表面检测仪。
随着微电子技术的高速发展，在半导体晶片上集成制造的晶体管的数目在不断提高，美国仙童半导体公司的科学家在几十年前就提出在一定面积的晶片上所能制造的晶体管的数目将以每十八个月翻一翻的速度递增。近二十年来，集成度的进展正是遵循了这个规律，科学家预言未来十到二十年，该规律仍将存在。因此每个晶体管在晶片上所占有的面积就变得越来越小。人们预言在不久的将来，每个晶体管将仅由十几个甚至更少的晶体原子构成，这种发展趋势给半导体晶片的研制生产提出了更严格的要求，任何存在于晶片表面或亚表面的微小缺陷或沾污都将严重影响器件的性能甚至导致器件失效。对于大规模和超大规模集成电路的研制和生产而言，首先即应剔除带有微小缺陷或沾污的晶片，否则将严重影响成品率。因此对经机械化学抛光后的晶片进行表面或亚表面的微小缺陷和沾污的检测，正逐步成为关系到半导体材料抛光晶片的质量和器件制造成品率的关键技术之一。遗憾的是，目前还没有一种有效地检出晶片表面或亚表面的微小缺陷和沾污的装置。
本实用新型的目的在于提供一种抛光表面检测仪，它可准确地将抛光面的表面及亚表面的形貌以可视图象的形式显现于适当的媒体上，同时将表面及亚表面固有的、由于加工造成的以及环境造成的缺陷显现于图象中。它所能检测的材料一般包括金属、半导体材料及有类似性质的其他固体物质。
如上构思，本实用新型的技术方案是一种抛光表面检测仪，其特征在于由机箱、控制装置和置于机箱内的光源装置、样品输送装置、成象屏、摄像装置组成；其中样品输送装置与样品输送控制电路连接；摄像装置与摄像控制电路连接；该控制电路包括放大、焦距、光圈控制电路和平动台控制电路；上述各个控制电路的输入端均与控制装置中的控制设备的输出端相接摄像装置的输出端与监视器的输入端相接。
上述光源装置由导轨，紧固在导轨上的光源、光具座和空间滤波器组成。
上述在于光源可选用氦氖激光管。
上述控制装置中的控制设备可采用计算机，也可采用控制器。
上述样品输送装置由一维平动轨道，可在其上左、右移动的样品台和可带动样品台移动的传动机构组成，传动机构由直流电机、连接在其上的传递皮带组成，传送皮带与样品台相接；所述样品输送控制电路与直流电机相接。
上述的样品输送装置由转向控制台，发送样品升降台、合格样品、不合格样品接收升降台组成，转向控制台与发送样品升降台之间、合格样品接收升降台与转向控制台之间、不合格样品接收升降台与转向控制台之间均用传送皮带相连。
上述各升降台由步进电机、皮带、皮带轮、丝杠、丝母和样品台组成，其中步进电机与皮带相接，皮带与丝杠相接，丝杠与固定在样品台上的丝母相接，所述升降台控制电路与步进电机相接。
上述摄像装置由置于二维平动台滑块上的图象采集器、带动平动台移动和带动图象采集器移动的步进电机组成，所述平动台控制电路可采用步进电机控制电路；所述放大、焦距、光圈控制电路与图象采集器相接。
本实用新型的原理入射光束经适当处理后，投射于一经抛光处理的有足够光反射能力的固体材料表面时，其反射光经材料表面作用便携带了关于材料表面及亚表面的相关信息。经适当调整，在相对于反射光的方向上，即可获得关于该表面的可视图象。当被照射表面及亚表面均匀平整、无缺陷存在时，得到的是一亮度均匀的图象；当物体表面或内部存在缺陷时，其内部原子、分子间的作用发生畸变，该处的光学性质随之发生变化，局部的折射率和反射率发生微小变化，从而导致反射光的变化，形成亮度不均匀的图象，得到有关表面及亚表面的相关信息的可视图象。
本实用新型的优点是1、可准确地检测出材料抛光表面的质量状况，提高产品合格率，从而降低成本。2、本实用新型为无损检测造价较低。3、检测费用低廉。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1为本实用新型的结构框图。
图2为光源结构框图。
图3为单片式样品输送装置结构示意图。
图4为单片式样品输送装置直流电机控制电路原理图。
图5为盒一盒式样品输送装置结构示意图。
图6为升降台结构示意图。
图7为步进电机控制电路方框图。
图8为步进电机控制电路原理图。
图9为由计算机控制的步进电机控制电路原理图。
图10为I/O卡电路图。
图11为与I/O卡电路配套的接口电路图。
图12为摄像装置结构示意图。
图13为本实用新型电路控制系统方框图。
图14为本实用新型计算机控制程序流程图。
实施例本实用新型由以下几个部分组成。
①光源27本系统采用氦氖激光器作为光源，经适当光学处理后获得一束适当的光斑照射于被测样品表面，该光源由导轨1、紧固在导轨上的拟氖激光管2，光具座3和空间滤波器4组成。
②样品输送装置28该装置与样品输送控制电路连接。样品输送装置分为两种形式如图3所示一种为单片式样品输送台，其由一维平动轨道5、可在其上左、右移动的样品台6和可带动样品台移动的传动机构组成。传动机构由直流电机7、连接在其上的传送皮带组成。传送皮带与样品台相接。所述样品输送控制电路与直流电机相接(如图4所示)。由电机通过皮带拖动样品台完成往返式直线运动，实现样品的送入和退出功能。每次送入一片样品，检测后退出。使用配有减速箱的直流电机作为单片式样品输运台的动力源，特点是成本低、自动化程度低、操作简单。其电路主要控制功能是电机的正反转和极限位置的限定。其中直流电机与控制开关连接，控制开关分别与两个限位开关的一端连接，两个限位开关的另一端分别与直流电源的正、负极相接；本电路通过改变电机输入电源的极性实现电机的正反转。控制开关推向正极时电机正转，样品台将样品送入机箱，到达测试位置时样品台使正极线路上的限位开关断开，电机自动停止工作。控制开关推向负极时电机反转，样品台将样品送出机箱，到达极限位置时样品台使负极线路上的限位开关断开，电机自动停止工作。
如要求具有较高的自动化程度，则可利用第二种形式，如图6所示即半导体晶片专用盒到盒传递装置，该装置由转向控制台9，发送样品升降台10，合格样品接收升降台11、不合格样品接收升降台12组成。转向控制台与发送样品升降台之间、合格样品接收升降台与转向控制台之间、不合格样品接收升降台与转向控制台之间均用传送皮带13相连。各升降台由步进电机14、皮带15、皮带轮16、丝杠17、丝母18和样品台19组成，其中步进电机与皮带相接，皮带与丝杠相接，丝杠与固定在样品台上的丝母相连。所述样品输送电路即升降台控制电路与步进电机相接。如图7、8所示该升降台控制电路即步进电机控制电路由功率放大电路、时钟电路、环行分配器和电机正反转控制电路组成；时钟电路与环行分配器和电机正反转控制电路的输入端连接，时钟电路与环行分配器和电机正反转控制电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与步进电机连接。其中，IC2及周边器件为电机电源；IC1及周边器件为时钟电路；IC3-IC5及周边器件为步进电机环形分配器；IC6B及周边器件为电机正、反转控制电路；T1-T6为功率放大电路；SW1、SW2为行程开关。KEY1、KEY2为正、反转控制开关。该步进电机控制电路按照接口卡指令，控制升降台步进电机的运转。使样品准确地送至检测位置21，在此位置上，样品被光源均匀良好地照射，其反射光要全部投射到成象屏上。如图10所示I/O卡电路为标准I/O接口，使用8522芯片为核心，在微机标准CPU和程序控制下完成接口的输入输出控制、数据采集、命令字输出等基本I/O功能。如图11所示的与I/O卡配套的接口电路，直接接收I/O卡的指令，执行对机器内的三个晶片收发升降台、测试皮带、收片皮带、CCD平动台、镜头等部件的控制。
其中各接插件的具体定义为升降台1-3BOX X-1-4为上下限位及行程位置探测器接插件，BOX X-5为步进电机控制接插件，作为步进电机控制电路的输入信号；x为升降台编号，故共有15个接插件。
LENS为镜头控制和CCD电源接插件，X、Y为摄像装置平动台控制接插件，作为步进电机控制电路的输入信号。
ZC1、ZC2分别为测试皮带上晶片位置和皮带电机控制接插件。
T1-T3为转向台位置、运行状态探测接插件，T4为控制转向台位置电机接插件，T5为收片轨道电机控制接插件。
VCC为电源输入接插件。
图5、6所示步进电机通过皮带、皮带轮使丝杠转动，实现丝母和样品台的上升、下降。当用于发送样品时，首先将样品台上升到最高处，将装满晶片的晶片盒放在样品台上，计算机接收到开始检测的指令后，将转动步数和转动方向数据发给步进电机控制电路，使样品台下降一定距离，此时晶片恰好落在传送带上。计算机再发送指讼，使传送带26转动，将晶片送出。如此循环，将晶片全部送出后，样品台又上升到最高处。当升降台用于接收样品时，其过程则与之相反。
③成象屏29用于接收经由样品反射而来的光线，经过调整光源、样品及成象屏的相对位置，屏上出现关于被检测表面的可视图象。该屏要平整细腻，以反映样品表面的情况。成象屏由纤维制品或其他合适材料制成。
④摄像装置30用于摄取成象屏上的图象并经接口将图象传至计算机或监视器。摄像装置由二维平动台20、带动置于滑块21上的图象采集器22、带动平动台移动和带动图象采集器移动的步进电机23、24组成。
与图象采集器相接的放大、焦距、光圈的控制电路可选择闭路电视监视系统中的云台控制器。如本系统中使用的是WISH WS308云台控制器。摄像系统中二维平动台的控制电路可选用步进电机控制电路(如图7、8所示)。特点是可以精确控制监视器中所显示图象的位置，由计算机控制步进电机的转动步数和转动方向。(如图10、11所示)。
⑤控制系统由控制设备和监视器组成。
权利要求1.一种抛光表面检测仪，其特征在于由机箱、控制装置和置于机箱内的光源装置、样品输送装置、成象屏、摄像装置组成；其中样品输送装置与样品输送控制电路连接；摄像装置与摄像控制电路连接；该控制电路包括放大、焦距、光圈控制电路和平动台控制电路；上述各个控制电路的输入端均与控制装置中的控制设备的输出端相接；摄像装置的输出端与监视器的输入端相接。
2.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于，所述光源装置由导轨，紧固在导轨上的光源、光具座和空间滤波器组成。
3.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于光源可选用氦氖激光管。
4.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于控制装置中的控制设备可采用计算机，也可采用控制器。
5.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于，所述样品输送装置由一维平动轨道，可在其上左、右移动的样品台和可带动样品台移动的传动机构组成，传动机构由直流电机、连接在其上的传递皮带组成，传送皮带与样品台相接；所述样品输送控制电路与直流电机相接。
6.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于，所述的样品输送装置由转向控制台，发送样品升降台、合格样品、不合格样品接收升降台组成，转向控制台与发送样品升降台之间、合格样品接收升降台与转向控制台之间、不合格样品接收升降台与转向控制台之间均用传送皮带相连。
7.根据权利要求6所述的抛光表面检测仪，其特征在于，所述各升降台由步进电机、皮带、皮带轮、丝杠、丝母和样品台组成，其中步进电机与皮带相接，皮带与丝杠相接，丝杠与固定在样品台上的丝母相接，所述升降台控制电路与步进电机相接。
8.根据权利要求1所述的抛光表面检测仪，其特征在于，所述摄像装置由置于二维平动台滑块上的图象采集器、带动平动台移动和带动图象采集器移动的步进电机组成，所述平动台控制电路可采用步进电机控制电路；所述放大、焦距、光圈控制电路与图象采集器相接。
专利摘要本实用新型属于一种检测装置,特别涉及一种可有效地检出晶片表面或晶片亚表面的微小缺陷和沾污的抛光表面检测仪。由机箱、控制装置和置于机箱内的光源装置、样品输送装置、成象屏、摄像装置组成;本实用新型的优点是:1.可准确地检测出材料抛光表面的质量状况,提高产品合格率,从而降低成本。2.本实用新型为无损检测造价较低。3.检测费用低廉。
文档编号G01N21/892GK2482082SQ00243659
公开日2002年3月13日 申请日期2000年7月21日 优先权日1999年12月10日
发明者王利杰, 冯玢 申请人:信息产业部电子第四十六研究所