一种光波导晶圆表面检测装置的制作方法

本发明涉及晶圆表面检测技术领域，特别是涉及一种光波导晶圆表面检测装置。

背景技术：

光纤通信系统是当今信息时代的核心，该系统中需要用到多种光波导器件和光电器件，这些器件中的光学部分通常为三种结构，即微光学结构、纤维光纤结构和集成光学结构。集成光学结构中的集成光学器件，也称为光波导器件，是指采用平面光波导回路技术(Planar Lightwave Circuit，PLC)工艺制造而成的光波导器件，在同一衬底材料上实现光波发射、探测、耦合、分束、波分复用与解复用、滤波、开关等一种或几种功能。光波导晶圆是光波导器件的前道工艺产品，有了晶圆才能封装成光波导器件。

光波导晶圆制造工艺分6大步骤共25个工序。依次为：下包层生长(含退火，退火前后残余应力检测，退火后折射率测量)→芯层生长(含退火，退火后残余应力、厚度和折射率测量)→硬掩模生长→光刻(包括增粘处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、后烘)→刻蚀(硬掩膜刻蚀、去光刻胶、芯层刻蚀、去硬膜、关键尺寸测量)→上包层生长(含退火)。

根据光波导晶圆的制造工艺流程可知，下包层生长退火前后、芯层生长退火后需要检测晶圆表面的残余应力，以及时调整后续工艺参数，将晶圆表面的残余应力控制在一定的范围之内。刻蚀过程中，需要对各层刻蚀后的关键尺寸进行测量，如沟槽宽度、特征尺寸宽度等。现有技术中，一种方法是利用白光牛顿干涉检测翘曲率，然后通过Stoney公式计算得到晶圆表面的残余应力，但该方法对晶圆表面有一定的要求，晶圆表面不能有沟槽等特征结构；另外一种方法是采用接触式探针的方式扫描测试晶圆表面，得到翘曲率，然后通过Stoney公式计算得到晶圆表面的残余应力，接触式探针容易造成晶圆表面损伤、探针折断等问题，难以检测侧壁垂直度较好的沟槽等。

因此，在现有的仪器设备中，晶圆表面残余应力的测试和沟槽等特征尺寸的测量一般是分开2台设备进行测量的，目前缺乏一种专门的设备可同时检测晶圆表面残余应力和沟槽等特征尺寸。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供光波导晶圆表面检测装置，解决缺乏专门的设备同时检测晶圆表面残余应力和沟槽等特征的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光波导晶圆表面检测装置，包括可沿水平面多方向运动的多方向运动平台、激光共聚焦扫描测头与固定支架，所述激光共聚焦扫描测头设置在所述固定支架上，待检测晶圆置于所述多方向运动平台上，且所述激光共聚焦扫描测头位于所述待检测晶圆上方，所述多方向运动平台带动所述待检测晶圆多方向运动，使所述激光共聚焦扫描测头对所述待检测晶圆不同位置扫描检测。

其中，所述多方向运动平台包括可沿X轴方向运动的第一平台与可沿Y轴方向运动的第二平台，所述第二平台位于所述第一平台上方。

其中，所述多方向运动平台还包括可在平面360度范围任意旋转的旋转平台，所述旋转平台设置在所述第二平台上方，所述待检测晶圆置于所述旋转平台上。

其中，所述旋转平台上设置有至少一个真空气孔，所述真空气孔用于吸附所述待检测晶圆。

其中，所述光波导晶圆表面检测装置还包括定位销，所述定位销设置在所述待检测晶圆的周缘，用于将所述待检测晶圆固定在所述旋转平台上。

其中，所述固定支架包括龙门架和传动板，所述传动板竖直设置，所述传动板一端固定在所述龙门架上，另一端与所述激光共聚焦扫描测头活动连接，且所述激光共聚焦扫描测头可沿所述传动板上下运动。

其中，所述激光共聚焦扫描测头为带显微镜且可自动聚焦的型号为LT-9031M的扫描测头。

其中，所述光波导晶圆表面检测装置还包括安装底座，所述多方向运动平台与所述固定支架均设置在所述安装底座上。

其中，所述光波导晶圆表面检测装置还包括控制计算机，所述控制计算机分别与所述多方向运动平台、所述激光共聚焦扫描测头连接。

(三)有益效果

本发明设置激光共聚焦扫描测头，可通过直接扫描待检测晶圆，测量翘曲率等数据并计算得到晶圆表面的残余应力数据，而待检测晶圆表面的沟槽等结构特征可直接扫描获得；本发明可同时对晶圆表面残余应力和沟槽等特征检测，避免转送至不同机台进行多次检测，大大减少了晶圆表面检测次数，检测效率和精度均较高，操作便捷快速；而且，多方向运动平台的设置可使待检测晶圆多方向运动，大大便于激光共聚焦扫描测头的全面扫描检测，可降低操作人员劳动强度，同时也减少检测所需时间，大大提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光波导晶圆表面检测装置的结构示意图；

图中：1多方向运动平台，

11第一平台，12第二平台，13旋转平台，

2待检测晶圆，

3固定支架，31龙门架，32传动板，

4激光共聚焦扫描测头，

5定位销，

6安装底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种光波导晶圆表面检测装置，包括可沿水平面多方向运动的多方向运动平台1、激光共聚焦扫描测头4与固定支架3，所述激光共聚焦扫描测头4设置在所述固定支架3上，待检测晶圆2置于所述多方向运动平台1上，且所述激光共聚焦扫描测头4位于所述待检测晶圆2上方，所述多方向运动平台1带动所述待检测晶圆2多方向运动，使所述激光共聚焦扫描测头4对所述待检测晶圆2不同位置扫描检测。

其中，激光共聚焦扫描测头4可采用带显微镜且可自动聚焦的型号为LT-9031M的扫描测头，由日本基恩士公司提供，其对应的驱动与控制器为LT-9501HSO，其自带显微镜功能，可实现自动聚焦、视觉查看光波导晶圆表面的微沟槽等结构。

本发明设置激光共聚焦扫描测头4，可通过直接扫描待检测晶圆2，测量翘曲率等数据并计算得到晶圆表面的残余应力数据，而待检测晶圆2表面的沟槽等结构特征可直接扫描获得；本发明可同时对晶圆表面残余应力和沟槽等特征检测，避免转送至不同机台进行多次检测，大大减少了晶圆表面检测次数，检测效率和精度均较高，操作便捷快速；而且，多方向运动平台1的设置可使待检测晶圆2多方向运动，大大便于激光共聚焦扫描测头4的全面扫描检测，可降低操作人员劳动强度，同时也减少检测所需时间，大大提高工作效率。

如图1所示，作为优选，本发明实施例中，所述多方向运动平台1包括可沿X轴方向运动的第一平台11与可沿Y轴方向运动的第二平台12，所述第二平台12位于所述第一平台11上方。作为优选，所述多方向运动平台1还包括可在平面360度范围任意旋转的旋转平台13，所述旋转平台13设置在所述第二平台12上方，所述待检测晶圆2置于所述旋转平台13上。

其中，第一平台11和第二平台12为直线运动平台，为直线电机驱动，或者为直线电机和压电陶瓷复合驱动，最小步进小于0.1μm，加光栅尺做闭环反馈；优选的结构包括直线电机、精密交叉滚柱导轨、光栅尺组成、上下台面，或者由超声电机、联轴器、滚珠丝杠、精密交叉滚柱导轨、光栅尺、上下台面组成，或者由精密步进电机或直流电机、联轴器、滚珠丝杠、精密交叉滚柱导轨、光栅尺、上下台面组成，优选的，光栅尺为高精度光栅尺(光栅尺分辨率至少为100nm)，实现方式有多种，另外，第一平台11和第二平台12可复合在一起，根据待检测晶圆2的大小选择相应的形成；旋转平台13为360度旋转平台13，最小步进小于0.01度，优选的结构包括直驱电机、精密交叉滚柱导轨、光栅尺、上下台面组成，或者由精密步进电机或直流电机、联轴器、精密交叉滚柱导轨、蜗轮蜗杆、光栅尺、上下台面组成。旋转平台13可以通过紧固螺钉安装在第二平台12上，第一平台11、第二平台12和旋转平台13构成一个三轴运动系统，可实现晶圆沿着X轴和Y轴直线运动，以及绕着R轴做旋转运动。

作为优选，所述旋转平台13上设置有至少一个真空气孔，所述真空气孔用于吸附所述待检测晶圆2。

其中，真空气孔目的在于稳定的吸附固定待检测晶圆2，实际操作中，为保证待检测晶圆2被真空吸附时受力均匀，真空气孔在旋转平台13上均匀分布，一般可设置3个或更多。

如图1所示，作为优选，所述光波导晶圆表面检测装置还包括定位销5，所述定位销5设置在所述待检测晶圆2的周缘，用于将所述待检测晶圆2固定在所述旋转平台13上。如此设置，保证待检测晶圆2的圆中心刚好在旋转平台13的旋转中心处，便于对其进行固定和检测，待检测晶圆2被定位销5定位以后，通过真空气孔真空吸附的方式固定在旋转平台13上。

如图1所示，作为优选，所述固定支架3包括龙门架31和传动板32，所述传动板32竖直设置，所述传动板32一端固定在所述龙门架31上，另一端与所述激光共聚焦扫描测头4活动连接，且所述激光共聚焦扫描测头4可沿所述传动板32上下运动。

其中，为了保证固定支架3稳定性高、抗振动性强，龙门架31和传动板32优选采用高强度航空铝合金制造，如7085铝合金来制造。激光共聚焦扫描测头4通过紧固螺钉安装在传动板32上，传动板32可以是直线运动平台，实现激光共聚焦扫描测头4的上下运动。

如图1所示，作为优选，所述光波导晶圆表面检测装置还包括安装底座6，所述多方向运动平台1与所述固定支架3均设置在所述安装底座6上。其中，第一平台11通过紧固螺钉安装在安装底座6上，为了保证安装底座6稳定性高、抗振动性强，安装底座6优选采用高强度航空铝合金制造，如7085铝合金来制造。

作为优选，所述光波导晶圆表面检测装置还包括控制计算机，所述控制计算机分别与所述多方向运动平台1、所述激光共聚焦扫描测头4连接。其中，控制计算机上安装有处理软件，激光共聚焦扫描测头4测量数据可直接传输至控制计算机储存或处理，同时，控制计算机还控制多方向运动平台1运动，以便测量得到待检测晶圆2的翘曲率、表面的微沟槽等结构。

下面通过本发明的具体实施过程对本发明作进一步说明：

1、首先将待检测晶圆2安放在旋转平台13上，通过旋转平台13保证待检测晶圆2的圆中心刚好在旋转平台13的旋转中心处，打开真空气孔吸附，固定待检测晶圆2；

2、通过传动板32，调节激光共聚焦扫描测头4和待检测晶圆2之间的间距，该距离等于激光共聚焦扫描测头4的工作距离，LT-9031M激光共聚焦扫描测头4的工作距离一般为6mm，即可设定激光共聚焦扫描测头4和待检测晶圆2之间的间距为6mm；

3、沿着X方向第一平台11或者沿着Y方向第二平台12，通过激光共聚焦扫描测头4和控制计算机，根据预设轨迹逐步扫描待检测晶圆2；根据需要将旋转平台13旋转一定的角度，再次沿着X方向第一平台11或者沿着Y方向第二平台12，根据预设轨迹扫描待检测晶圆2；也可根据需要多次重复以上步骤进行多次测量；

4、激光共聚焦扫描测头4和控制计算机可根据步骤3测量得到的数据翘曲率通过Stoney公式计算得到待检测晶圆2表面的残余应力。待检测晶圆2表面的微沟槽等结构可直接获得。

其中，Stoney公式为

式中：σf-晶圆表面残余应力；Es-晶圆衬底弹性模量；ds-晶圆衬底厚度；df-晶圆薄膜厚度；νs-晶圆衬底泊松比；R-晶圆翘曲率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。