用于芯片衬底平整度检测的工装及方法与流程

本发明涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种用于芯片衬底平整度检测的工装及方法。

背景技术：

在红外半导体材料领域，hgcdte材料由于本身是一种直接带隙半导体材料且具有可调的禁带宽度，可以覆盖整个红外波段，使其成为一种理想的红外探测器材料，从70年代就开始被广泛应用于制备不同类型的红外探测器，当前已经成为红外探测领域应用最广泛的探测器材料。经过近三十年的不断发展，目前已经能够采用lpe、movpe以及mbe等多种方法制备出许多高质量的hg1-xcdxte外延薄膜和高性能的红外探测器件，大面积、低成本的碲镉汞薄膜需要分子束外延技术制备。

对于大尺寸碲镉汞衬底来说，表面平整度对后续器件倒装互连工艺影响更大，硅基碲镉汞加工过程中受硅片厚度、退火温度、退火速率等因素的影响，硅基碲镉汞的表面平整度会有所差异，如果表面平整度难以保证，致使膜层厚度的均匀性变差，则将无法实现高性能碲镉汞红外焦平面探测器的制备要求。因此精确地测量碲镉汞衬底的表面平整度及其面形情况，对于控制衬底材料均匀性、优化分子束外延工艺和获得高质量的碲镉汞外延衬底是至关重要的。对于焦平面器件，器件上光敏元的信号输出需要通过读出电路来完成，读出电路和器件光敏元之间的耦合则是依靠铟柱来实现的。为了保证互连的连通率，对器件的表面平整性有很高的要求，而器件的表面平整度完全由外延衬底的表面平整性所决定。

相关技术中，在测试硅基碲镉汞表面平整度时，采用工装夹具或玻璃板作为载具。其中，采用工装夹具测试误差较大；采用玻璃板时，将硅基材料放置在玻璃板上，需要对材料进行反复推移，赶出硅基与玻璃板之间的气体，防止测试过程中样片意外滑落，操作麻烦且安全性较差。而且，寻找测试起始点繁琐。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何提高芯片衬底平整度检测的便利性和准确性，本发明提出了一种用于芯片衬底平整度检测的工装及方法。

根据本发明实施例的用于芯片衬底平整度检测的工装，所述工装设有用于放置待测芯片衬底的容纳槽，所述容纳槽的槽底设有支撑部，所述工装上用于进行所述芯片衬底平整度检测时寻找起始点用的标记部。

根据本发明实施例的用于芯片平整度检测的工装，在进行芯片衬底平整度检测时，可以将芯片衬底放置于容纳槽内，从而可以有效避免芯片衬底从工装脱离。通过在容纳槽的底部设置支撑部，可以对芯片衬底起到支撑的作用，避免在测试过程中，芯片衬底中心下凹而导致的测量误差较大的问题。而且，工装上设置有标记部，便于检测设备起始点的确定，提高了芯片衬底平整度检测的便利性和检测效率。

根据本发明的一些实施例，所述支撑部被构造为正方形、环形、“+”形或“米”字形。

在本发明的一些实施例中，所述容纳槽的底壁设有贯通的通孔。

根据本发明的一些实施例，所述通孔为间隔设置的多个。

在本发明的一些实施例中，所述容纳槽的底壁设有导气槽。

根据本发明的一些实施例，所述导气槽包括环形段和径向段，所述环形段与所述径向段导通。

在本发明的一些实施例中，所述容纳槽被构造为与所述芯片衬底相适配的圆形。

根据本发明的一些实施例，所述标记部包括：标记点和标记线。

在本发明的一些实施例中，所述标记点位于圆形的所述容纳槽外接正方形的顶点，所述标记线与所述容纳槽外接正方形的边重合，且所述标记线与所述标记点连接。

根据本发明实施例的芯片衬底平整度的检测方法，所述方法采用上述所述的用于芯片衬底平整度检测的工装进行检测，所述方法包括：

将芯片衬底放入所述容纳槽内；

将装有所述芯片衬底的所述工装放在测试台上，使用检测设备物镜对所述芯片衬底表面进行聚焦；

将所述标记部调整至预设方位，将检测设备的视野边缘与所述标记部对齐；

调节检测设备对所述芯片衬底平整度进行检测。

根据本发明实施例的芯片衬底平整度的检测方法，在进行芯片衬底平整度检测时，可以将芯片衬底放置于容纳槽内，从而可以有效避免芯片衬底从工装脱离。通过在容纳槽的底部设置支撑部，可以对芯片衬底起到支撑的作用，避免在测试过程中，芯片衬底中心下凹而导致的测量误差较大的问题。通过导气结构能够消除芯片衬底与工装之间的气体，避免内部残余气体引起衬底上凸，同时减低衬底与工装之间的吸附力，方便取放衬底。而且，工装上设置有标记部，便于检测设备起始点的确定，提高了芯片衬底平整度检测的便利性和检测效率。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于芯片衬底平整度检测的工装的正视图；

图2为根据本发明实施例的用于芯片衬底平整度检测的工装的剖视图；

图3为根据本发明实施例的用于芯片衬底平整度检测的工装的立体图；

图4为根据本发明实施例的芯片衬底平整度的检测方法流程图。

附图说明：

工装100，

容纳槽10，支撑部20，标记部30，标记点301，标记线302，通孔40，导气槽50，环形段501，径向段502。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的用于芯片衬底平整度检测的工装100，工装100设有用于放置待测芯片衬底的容纳槽10，在进行芯片衬底平整度的检测时，可以将芯片衬底置于容纳槽10内，从而可以避免芯片衬底从工装100上脱出。容纳槽10的槽底设有支撑部20，由此，当将芯片衬底放置于容纳槽10内时，支撑部20可以对芯片衬底起到支撑的作用，避免芯片衬底在重力作用下中心下凹而导致测量误差大的问题。工装100上用于进行芯片衬底平整度检测时寻找起始点用的标记部30。需要说明的是，在进行芯片衬底的平整度检测时，需要检测设备寻找检测起始点，通过在工装100上设置标记部30，便于起始点的寻找，从而提高了芯片衬底平整度检测的便利性。

根据本发明实施例的用于芯片平整度检测的工装100，在进行芯片衬底平整度检测时，可以将芯片衬底放置于容纳槽10内，从而可以有效避免芯片衬底从工装100脱离。通过在容纳槽10的底部设置支撑部20，可以对芯片衬底起到支撑的作用，避免在测试过程中，芯片衬底中心下凹而导致的测量误差较大的问题。而且，工装100上设置有标记部30，便于检测设备起始点的确定，提高了芯片衬底平整度检测的便利性和检测效率。

根据本发明的一些实施例，支撑部20可以被构造为正方形、环形、“+”字形或“米”字形。也就是说，支撑部20可以被构造为正方形，也可以被构造为环形，还可以被构造为“+”形或“米”字形。在实际加工过程中，可以根据实际需要设计加工相应的支撑部20的形状，主要可以有效支撑芯片衬底，降低芯片衬底平整度的检测误差即可。如图1-图3所示，支撑部20被大致构造为“+”形。

在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，容纳槽10的底壁设有贯通的通孔40。由此，当将芯片衬底放置于容纳槽10内时，可以避免芯片衬底与容纳槽10的底壁之间存在气泡而影响芯片衬底平整度的检测。而且，可以减少工装100的材料用量，降低生产成本。

根据本发明的一些实施例，通孔40可以为间隔设置的多个。如图1-图3所示，容纳槽10的中心设有“+”形支撑部20，“+”形支撑部20限定出沿周向方向间隔设置的四个通孔40。

在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，容纳槽10的底壁可以设有导气槽50。通过在容纳槽10的底壁设置导气槽50，当将芯片衬底放置于容纳槽10内时，芯片衬底与容纳槽10底壁之间的气体可以通过导气槽50排出，避免芯片衬底与容纳槽10底壁之间存在气泡而影响芯片衬底平整度检测的准确性和可靠性，通过导气结构能够消除芯片衬底与工装之间的气体，避免内部残余气体引起衬底上凸，同时减低衬底与工装之间的吸附力，方便取放衬底。

根据本发明的一些实施例，导气槽50可以包括环形段501和径向段502，环形段501与径向段502导通。如图1-图3所示，容纳槽10的底壁设有环形段501和径向段502的导气槽50，环形段501通过径向段502与通孔40导通。由此，当将芯片衬底放置于容纳槽10内时，芯片衬底与容纳槽10底壁之间的气体可以通过环形段501和径向段502的导气槽50导入至通孔40排出，从而有效避免了芯片衬底与容纳槽10底壁之间存在气泡而影响平整度检测的精确度的问题。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，容纳槽10可以被构造为与芯片衬底相适配的圆形。由此，可以将圆形的芯片衬底放置于容纳槽10内进行平整度检测。

根据本发明的一些实施例，标记部30可以包括：标记点301和标记线302。进一步地，如图1和图3所示，标记点301位于圆形的容纳槽10外接正方形的顶点，标记线302与容纳槽10外接正方形的边重合，且标记线302与标记点301连接。

需要说明的是，在进行芯片衬底的平整度检测时，检测设备需要寻找起始点以建立矩形检测区域。通过在工装100上设置标记点301和标记线302，检测设备可以通过将标记点301作为起始点，将标记线302作为检测区域的边缘建立检测区域，从而提高了检测的便利性和检测效率。

如图4所示，根据本发明实施例的芯片衬底平整度的检测方法，方法采用上述的用于芯片衬底平整度检测的工装100进行检测，方法包括：

s101：将芯片衬底放入容纳槽内；

s102：将装有芯片衬底的工装放在测试台上，使用检测设备物镜对芯片衬底表面进行聚焦；

s103：将标记部调整至预设方位，将检测设备的视野边缘与标记部对齐；

s104：调节检测设备对芯片衬底平整度进行检测。

根据本发明实施例的芯片衬底平整度的检测方法，在进行芯片衬底平整度检测时，可以将芯片衬底放置于容纳槽10内，从而可以有效避免芯片衬底从工装100脱离。通过在容纳槽10的底部设置支撑部20，可以对芯片衬底起到支撑的作用，避免在测试过程中，芯片衬底中心下凹而导致的测量误差较大的问题。而且，工装100上设置有标记部30，便于检测设备起始点的确定，提高了芯片衬底平整度检测的便利性和检测效率。

下面以具体实例详细描述根据本发明的用于芯片衬底平整度检测的工装100及方法。

在测试硅基碲镉汞表面平整度时，基于之前设计的3英寸工装100夹具，发现在测试3英寸材料过程中，由于中心底部没有支撑结构，样品受自身重力作用，中心下凹，表面平整度增加，要比使用玻璃板做夹具测试结果大3～9μm，误差较大，对后期再次加工影响较大。使用玻璃板可以测试4英寸硅基材料表面平整度，但是存在诸多问题。(1)将硅基材料放置在玻璃板上，需要对材料进行反复推移，赶出硅基与玻璃板之间的气体，防止测试过程中样片意外滑落，操作麻烦且安全性较差，取放样片操作麻烦；(2)寻找测试起始点繁琐：圆片测试过程中寻找起始点比方片更加繁琐，由于设备镜头视野为矩形，测试软件也是针对矩形测试片，对于矩形片寻找起始点比较简单，在测量圆形样品时寻找样品起始点比较麻烦，需通过坐标寻找圆形的外接正方形的左上方顶点作为起始点。

本发明可以用于4英寸硅片、mbe生长的硅基碲镉汞、硅基碲化镉材料表面平整度测试过程中减小测试误差的定位固定工装100。

需要说明的是，表面平整度是通过光学轮廓仪测试获得的，其测试原理是通过光照射到样品表面之后，光经过参考面和样品表面反射后形成干涉条纹。相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动变化，相干光的光程变化主要是由它所通过的几何路程的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量光程几何长度的微小改变量，从而测得样品表面面形情况的变化。通过样品与参考面之间的光程差计算出表面平整度。

采用光学轮廓仪测试材料表面平整度时，需将材料放置到该工装100上，工装100设有容纳槽10，容纳槽10中心有支撑，可以防止样品由于自重造成的弯曲，有效减小测试误差，容纳槽10可以避免样品滑落。

容纳槽10的底壁设有通孔40和导气槽50，可以省略样品与容纳槽10底壁之间的除气步骤。在进行样品平整度检测时，升降物镜对样品表面进行聚焦，由于光学轮廓仪在实现平整度测试时是将每一个矩形视野的测量结果进行拼接而成的，所以在测试时必须要设定测试起点。矩形样片测试时可利用矩形的四个顶点和直角边为参考物，进行对齐和测试；而圆形样品没有特征点和参照物，需记录圆片最上侧和最左侧点的坐标来计算初始点坐标，然后进行测试，现使用有标记点301的结构辅助测试即可简化此操作，能够有效提高测试时的安全性和测试效率。

本发明的芯片衬底平整度的检测方法，包括下列步骤：

步骤a：4英寸的硅基材料放入容纳槽中；

步骤b：将装有样品的工装放在样品台上，将工装上的起始标标记点放在左上方；

步骤c：在1x1的视野边缘与结构上起始标记点和直角边对齐；

步骤d：将视野移至样品上，升降物镜进行聚焦，调节样品台旋钮展宽干涉条纹；

步骤e：返回起始点，进行平整度测试的拼接操作；

步骤f：对拼接结果进行选区并分析。

本发明中，容纳槽10底部中心支撑部20高度与边缘支撑高度相同，避免样品由于自重弯曲造成表面平整度增大，有效降低了表面平整度测试误差；容纳槽10设计能避免样品滑落，安全性增强；导气槽50的设计能有效排出样片与容纳槽10底壁之间的气体，省略了除气操作，放样和取样更加方便；使用有标记点301的结构辅助测试即可简化此操作，无需记录圆片最上侧和最左侧点的坐标来计算初始点坐标，找到结构的标记点301作为起始点即可，提高测试效率。

综上所述，依照本发明的芯片衬底平整度的检测方法，通过引用一种能够实现定位、固定和支撑作用的工装100，能够简化测试中的步骤和操作，大大提升了安全性和测试效率，降低了对操作者的要求，减小测量误差保证测试结果的准确性，是一种减小圆形材料表面平整度测试误差的新技术。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。