一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台的制作方法

本发明涉及衬底缺陷测量领域，尤其涉及一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台。

背景技术

随着半导体材料的迅速发展，对高性能的半导体材料有极大的需求，尤其是led照明、电力电子器件、新能源汽车等领域；半导体衬底作为整个器件的支撑，衬底的质量直接关乎器件的性能。衬底材料在加工过程中，难免会产生损伤，在衬底的表面留下缺陷，而衬底大多呈圆形的透明/半透明状态，透光性较强，且缺陷与衬底本身颜色对比度较小，这就对无损的光学检测提出了更高的要求。

在衬底缺陷的检测系统中，照明装置、定位装置以及工作台的运动方式占了举足轻重的位置。照明的方式、角度及光的均匀性、强度等直接影响测量效果和后期图像处理的难易程度；衬底放置的方式、放置的平整度以及测量的可重复性，直接影响了定位精度；工作台的运动方式的选择直接影响了检测速度，尤其是高精密测量系统中，在检测视场较小的情况下，加入回转运动，减少全场检测时间。

在现有的检测装置中，如专利cn204064972u所设计的光学镜片表面缺陷检测系统，该系统有三个光源和三个相机，分别完成光学镜片的定位、正面检测和反面检测。通过顶针结构和机械手的结合，完成光学镜片正反面交换，在不同工位下实现光学镜片正反面瑕疵的自动检测。但是，整个系统采用正面直入射、单一光源照明，若采用背光照明，因光源不具有密封性，在正面及反面检测时易受到外界光线的干扰，影响检测结果的准确性。专利cn204359271u所设计的半导体晶片的检测装置，该装置通过计算机对半导体晶片轮廓图像的计算和分析来控制运动，实现检测光投射在半导体晶片的特定位置，并且利用光路收集系统，将光强度和光谱信息给计算机，形成与位置对应的光强、光谱数据信息图。该装置的光源是内嵌在检测系统中的，只有一种照明选择，且只能够获取与晶片位置对应的光强和光谱信息。专利cn106574900a所设计的晶片的缺陷测量装置，该装置采用上下鼓风机将空气喷射到晶片表面以使所述晶片固定，并配置三个测量装置，完成晶片上、下、侧表面的缺陷检测。但是，该装置仅适用于单一尺寸的晶圆检测，且定位精度无法保证。因此，在单光源照明方式下，单一尺寸工作台及定位装置，不能满足不同规格、不同缺陷类型的透明或半透明衬底材料的检测需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台，包括：底座、旋转台、圆环形转接板、背光照明装置、圆柱形连接支架和衬底定位装置；

所述旋转台的底端面与底座的上表面形成可拆卸的固定连接；所述旋转台的上表面与所述圆环形连接板连动连接；电机驱动旋转台带动所述圆环形连接板转动；

所述背光照明装置设置在圆环形连接板远离旋转台的一面，并且所述背光照明装置的出光方向为远离所述圆环形连接板的方向；所述背光照明装置远离圆环形连接板的一面通过所述圆柱形连接支架与所述衬底定位装置连接；

所述圆柱形连接支架将背光照明装置的出光照射在圆柱形连接支架内，并阻挡环境光进入圆柱形连接支架内。

在一较佳实施例中：所述衬底定位装置包括多个呈同心圆排列的定位圆环托盘。

在一较佳实施例中：所述定位圆环托盘，在其内侧具有倾角为45°的倒角斜坡；所述定位圆环托盘的上表面靠近内圆处具有弧形凹槽，便于圆环托盘以及衬底的取放。

在一较佳实施例中：所述的定位圆环托盘上表面带有刻度，每一个定位圆环托盘的刻度沿着径向均匀间隔设置，并沿着周向间隔设置呈米字形，用于定位分析和读取衬底缺陷的相对位置，在测量过程中跟踪位置。

在一较佳实施例中：所述的定位圆环托盘内侧壁带有衬底定位边；所述的定位圆环托盘内侧壁带有圆环状台阶，用于支撑衬底。

在一较佳实施例中：所述的圆柱形连接支架，中间为空心结构，空心结构的内侧设有台阶，用于连接衬底定位装置和背光照明装置；

在一较佳实施例中：所述的背光照明装置的照明方式包括直下式背光照明、低角度照明和高角度照明，且均为均匀照明，根据衬底材料的缺陷类型，选取照明的方式。

在一较佳实施例中：所述的背光照明装置的光强调节方式包括对整个照明装置的区域调节，整个照明装置按照“米”字型，平均分成8个区域，每个区域均设有档位开关，根据被测衬底材料以及缺陷的类型、方位，选取照明的强度以及角度。

在一较佳实施例中：所述的圆环形转接板，通过沉孔固定所述的背光照明装置以及旋转台，减少回转过程中的转动。

在一较佳实施例中：所述的可拆卸底座的两侧带有梯形凹槽，便于手动取放工作台。

本发明具有的优点和积极效果是：一种带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台，满足多种规格尺寸的衬底检测需求，提供多种照明方式，满足多种缺陷类型检测需求。此检测用回转工作台结构简单，轻巧方便，放置在位移台上即可使用，实用性强。

附图说明

图1为本发明带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台结构示意图；

图2a-图2b为本发明带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台在a-a方向上的结构剖视图；

图3为衬底定位装置俯视图；

图4为衬底定位装置爆炸图；

图5a-图5b为单个定位圆环托盘在b-b方向上的剖视图；

图6a-图6b为圆柱形连接支架在c-c方向上的剖视图；

图7a-图7b为背光照明装置在d-d方向上的剖视图；

图8为背光照明装置俯视图；

图9为衬底缺陷示意图；

图10a-图10b为圆环形连接板在e-e方向上的剖视图；

图11a-图11c为旋转台三视图；

图12a-图12c为底座三视图。

图中：

1、衬底定位装置2、圆柱形连接支架3、背光照明装置

4、圆环形连接板5、旋转台6、可拆卸底座

11、圆环托盘112、圆环托盘213、圆环托盘3

111、圆环托盘支撑台阶112、圆环托盘斜坡凹槽113、圆环托盘刻度线

114、圆环托盘弧形凹槽115、衬底定位边21、22台阶

23、圆柱形支架刻度线31、低角度背光照明方式32、高角度背光照明方式

33、直下式背光照明方式41、42定位沉孔51、旋转台主体

52、旋转台电机61、62定位孔63、梯形凹槽

具体实施方式

为了能进一步解释本发明的目的、技术方案及特色，下面结合附图和具体实施例子对本发明带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台结构与工作原理进一步详细说明。

图1、图2为本发明带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台结构示意图和剖视图。所述带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台包括衬底定位装置1、圆柱形支架2、背光照明装置3、圆环形连接板4、旋转台5以及可拆卸底座6。衬底定位装置1在背光照明装置3上方，两者通过圆柱形支架2连接固定；环形连接板4用于连接固定照明装置3和旋转台5；旋转台5可带动照明装置3、圆柱形支架2和衬底定位装置1一起做回转运动；旋转台5固定在可拆卸底座6上方，可拆卸底座6下方留有定位孔，便于将整个检测用工作台固定在位移台上方。

对衬底材料的定位，如图3、图4所示所述衬底定位装置1的俯视图和爆炸图。本发明以2英寸、4英寸和6英寸衬底为例，但不限于这3种尺寸的衬底晶片。由图3可知，定位装置主要由定位圆环托盘组成，当检测6英寸衬底时，只需定位圆环托盘13，检测4英寸衬底时，需要在定位圆环托盘13上加上定位圆环托盘12，检测2英寸衬底时，在检测4英寸衬底的托盘再加上定位圆环托盘11；每个定位圆环托盘上均有间隔为5mm的刻度线114，刻度线114以圆环托盘的圆心为中心，以“米”字线形式散开，另在一侧有衬底定位边刻度标识，便于圆形衬底的定位，在测量时，可获得缺陷的相对位置，以便再次测量。如图5所示，每个圆环托盘的内侧有衬底定位边115，可以固定衬底并对其进行定位；每个圆环托盘的内侧有三个圆环状台阶111，在对衬底晶片进行检测时，用于支撑衬底或者支撑圆环托盘；圆环托盘的内侧有不大于45°的倒角斜坡112，便于圆环托盘之间的取放以及衬底和圆环托盘之间的取放；在圆环托盘的表面还有对称的弧形凹槽113便于手动取放衬底晶片。

所述圆柱形连接支架2如图6所示，中间为空心结构，在空心结构的内壁设有台阶21、台阶22，所述衬底定位装置1嵌入上方，所述照明装置3嵌入下方即可。圆柱形连接支架的上表面沿着圆周方向有刻度线23，用于圆环托盘的定位。

所述照明装置3如图7所示，提供的照明方式主要有3种：直下式背光照明33，高角度背光照明32和低角度背光照明31。当检测衬底全场缺陷的时，选择直下式背光照明33；当检测衬底的崩角、麻点等缺陷时，选择高角度背光照明32；当检测划痕、裂纹等缺陷时，选择低角度背光照明31。所述的直下式背光照明33采用圆形排列(三角形、菱形、“米”形也可)，每个小灯泡之间的距离均等。所述照明装置3的均匀性与几个参数有关：被测样品与所述照明装置3的距离，被测样品与光源的发光角度，光源的排布情况，每个光源的光强分布等。

所述照明装置3中每个led光源都完全相同，每个光源光强分布都符合朗伯分布。相对于整个光学系统，单颗led的尺寸较小，所以可以把单颗led视为点光源。多颗led排成阵列能提高总的光通量，led的排列方式可以为环形、线型、三角形、矩形、菱形等，本发明以环形为例。空间中某一点的照度应当是阵列中每颗led在该点出射的照度的叠加，为保证均匀，led的个数应当是偶数。单颗led光强的分布函数为

iθ＝i0cosθ(1)

由于光源的光强分布是发光角的余弦函数，光线照在目标面上的照度同样为余弦函数，即目标面上的照度分布表示为：

e(r,θ)＝e0(r)cos^mθ(2)

其中θ表示led光源射向目标面某点处的光线与发光面法线的夹角，e0(r)表示发光面法向上与光源距离r处的照度值，m值取决于led芯片与led封装透镜曲面中心的相对位置，与一次光学设计相关。n个led在直角坐标系中排成圆环阵列，圆环半径为r，则led的坐标分别为n＝0，1，2，…，n。在led照射的空间中任意一点的照度表示为：

由此可知，出射到衬底的照度为n个led光照的叠加，调节圆环阵列半径r的大小可以确定衬底平面距离光源z时的中心区域内照度分布均匀度最大，对e(x,y,z)求二次微分，令x＝0，y＝0处，可得知均匀度最大的条件为：

从上式可以看出，圆环阵列的半径与led的数量无关，可以认为n(>3)的大小不改变最大均匀条件。所以，所述的直下式背光照明31满足均匀条件。

所述照明装置3中照明强度的调节方式有两种，一种是通过按钮调节每个小灯泡的照明强度；另一种是区域调节，所述照明装置3按照“米”字型分为8个区域，如图8所示，每个区域均设有开关，可控制开关和照明强度调节，当需要照明强度较弱时，除了调节每个小灯泡的亮度，还可以只开启对称的部分区域，如区域1、3、5、7。针对不同区域不同形状的缺陷，在检测时，通过控制单个区域的光强，获取对比度更高的图像，如缺陷在如图9所示区域1的位置，若检测此缺陷时需要光强较强，可以单独调大区域1的光强。

所述环形连接板4如图10所示，上半部分通过定位沉孔41将所述照明装置3固定在所述环形连接板4上，下半部分通过定位沉孔42与所述旋转台5进行固定连接。

所述旋转台5如图11所示，通过步进电机52进行控制，带动衬底定位装置1、背光照明装置3做回转运动，在检测系统中，可配合xy位移台，实现衬底表面全场缺陷检测。

所述可拆卸底座6如图12所示，内侧有梯形凹槽63方便工作台的移动，上方有定位孔61，可与环形连接板固定，下方有定位孔62，直接将工作台固定在位移台上。在中间部位开通一个圆形孔65，底部开通凹槽64，光源的线通过其连接至外侧的控制开关。

本发明带背光照明的衬底缺陷检测用回转工作台，结构简单紧凑，实用性强，适用于多尺寸、多种缺陷、全方位的衬底缺陷检测系统。根据不同测量需求更换不同的检测光学系统，灵活性大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。