CN104048583A - 一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法，其特征在于：所述的装置包括①晶片保持件（104）与测量千分表（108）的探针（107）分别由两个固定支架（102）固定；②两个固定支架（102）利用滑轨（110）滑入底座（101），并利用螺丝（103）固定对准；③定位激光源（112）安置在固定支架（102）的滑动槽（115）内，上、下移动并通过托架（114）保持定位激光源（112）之间的相对位置。所述定位激光源至少为2个，当定位激光源为4个时以口字方式连接。本发明所述的方法包括（A）激光源和千分表校准，（B）测量方法。本发明提供的测量装置具有测量精度高、误差小、重复性高的特点，不仅适用于蓝宝石晶片的测量，也适合于其他晶片的厚度测量。

Description

一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法，属于光电子信息技术领域。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓（GaN）基发光半导体（LED）具有响应速度快、寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性，具有广阔的市场应用前景：在银行、体育场、机场、车站以及室内外广告牌等大屏幕动态显示器中，它是最关键的器件之一。此外，GaN基蓝、绿光LED还可以用于家电和信息数码设备，如计算机和手机等的状态显示和背景照明等消费电子领域。其制作的白色固态光源体积小、重量轻、寿命长，掀起了照明领域新一轮的革命。在氮化镓基LED及其他光电子器件的制作过程中，需要在蓝宝石衬底上进行外延生长。蓝宝石衬底的组成为氧化铝（Al₂O₃），是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成。其晶体结构为六方晶格结构，是地球上硬度仅次于金刚石的晶体。为了使氮化镓在蓝宝石衬底上均匀生长，对蓝宝石衬底的机械参数，包括厚度、弯曲度、翘曲度、表面平整度等等参数的要求都非常高。而在生产过程中，而达成这一要求则离不开测量精度高、测量效果好的测量仪器。

通常人们将相关的测量仪器分为接触式和非接触式两大类，非接触式测量仪通常利用光学或电学原理对晶片表面进行测量，具有良好的测量精度和重复性。但其造价高昂，测量效果受环境的温度、湿度、晶片表面洁净程度等诸多因素影响，维护十分不便，在目前的生产中还没有得到广泛地普及运用。由于蓝宝石晶片硬度很高，仪表探针的一般性接触不会对晶片造成影响，目前主流的测量仪器多为接触式测量仪器。

而接触式测量方法又可以分为两种：其一，将晶片进行水平机械固定，通过探针直接在表面进行测量，这一方法虽然可以精确定位在晶片表面上的测量位置，但由于蓝宝石衬底晶片的测量要求较高，晶片表面略有轻微形变都将影响其测量准确性，受设备的机械结构和晶片本身的形变所限，这种方法的测量精度很低。其二，采用和本发明相同的，将晶片垂直于水平面固定的方案。然而在垂直固定时，为了控制测量精度，不能采用托架承接晶片，只能通过夹持方式固定，这就提高了定位测量位置的难度。传统的测量仪器仅靠测量人员的感觉来确定测量的位置，因此重复性较差。

为了解决这些问题，形成本发明的构思，本发明提供了一种测量精确、重复性好、维护方便、成本低廉的测量装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法。本发明的技术方案是：一种测量装置，利用底座来支撑固定支架，通过位于固定支架上的晶片保持件的头部和测量用仪表的探针，将待测晶片竖直夹持于底座正上方并悬空。通过在固定支架上安装的可见定位激光光源确定晶片位置，然后通过千分表上的读数得到晶片的厚度。

所述底座和固定支架之间利用滑轨将固定支架滑入底座内并利用固定件螺丝固定对准，防止晶片保持件及其头部和测量用千分表探针对接位置出现偏差。

所述晶片保持件的头部优选和测量用千分表的探针相同的结构和材料，以保证晶片垂直于千分表的探针。

所述晶片保持件和千分表的探针通过上固定件固定于支架之内。

所述定位激光源可在固定支架的滑动槽内上、下移动，并通过托架保持定位激光源之间的相对位置，从而使激光定位更加准确。定位激光源可选择通过内置电池供电，亦可由安置于固定支架内的电源供电。若定位激光源的数量较多（如大于2个），可利用分线盒分出足够多的导线供电。部分导线可埋藏于托架内。

所述滑动槽上设置刻度，通过更改激光源在支架上的安装位置并与其所在位置的刻度结合，可将晶片的测量位置进行量化。

本发明的有益之处在于，将待测晶片竖直悬空后，待测晶片本身的径向形变几可忽略。而借助同一条滑轨连接的两个固定支架，可以使千分表的探针和晶片保持装置的头部精确对准，提高测量精度。由于本发明利用的是激光定位，对待测晶片本身无宏观作用力干扰，在提高测量重复性的同时不影响测量结果。

本发明适用但不仅限于蓝宝石晶片的测量。只要是刚性物体，质量和厚度在可测量物体范围内的，均通过本发明上得到厚度数据。本发明所述的方法包括（A）激光源和千分表的校准，（B）具体测量方法（详见实施例3）。

附图说明

图1为本发明提供的测量装置示意图。其中图1a为正视图，图1b为侧视图。图中，

101    底座          102   固定支架        103   下固定件螺丝

104    保持件        105   上固定件螺丝    106   保持件的头部

107    千分表的探针  108   千分表          109   待测晶片

110    滑轨          111   分线盒          112   定位激光源

113    供电导线      114   托架            115   滑动槽

116    电源

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的特点和进步。

实施例1

如图1所示，本发明提供的接触式厚度测量装置的特征是：

①晶片保持件104与测量千分表108的探针107分别由两个固定支架102固定；

②两个固定支架102利用滑轨110滑入底座101，并利用下固定件螺丝103固定对准；

③定位激光源112安置在固定支架102的滑动槽115内，上、下移动并通过托架114保持定位激光源112之间的相对位置。

具体地说，利用底座101来支撑固定支架102，通过位于固定支架102上的晶片保持件104的头部和测量用千分表108的探针107，将待测晶片109竖直夹持于底座101正上方并悬空。通过在固定支架102上安装的可见定位激光光源112确定晶片位置，然后通过千分表108上的读数得到晶片的厚度。

所述底座101和固定支架102之间利用滑轨110将固定支架滑入底座内并利用下固定件螺丝103固定对准以防止晶片保持件104和保持件的头部106和探针107对接位置出现偏差。

所述晶片保持件104的头部106优选和测量仪表108的探针107相同的结构和材料，以保证晶片垂直于千分表108的探针107。

所述晶片保持件104和探针107通过上固定件105螺丝固定于支架102之内。

所述定位激光源112可在支架102的滑动槽115内上下移动，并通过托架114保持定位激光源112之间的相对位置，从而使激光定位更加准确。定位激光源112可选择通过内置电池供电，亦可由安置于支架102内的电源116供电。若激光源112的数量较多时，可利用分线盒111分出足够多的导线113供电。部分导线可埋藏于托架114内。

所述滑动槽115上设置刻度，通过更改激光源112在支架102上的安装位置并与其所在位置的刻度结合，可将晶片109的测量位置进行量化。

实施例2

如图1，将4个激光源112安置于支架102的滑动槽115内，定位激光源之间用托架114连接成口字形，以保证每两个光源都位于同一水平线上。然后将留有螺丝孔的固定架102滑入底座101后，利用螺丝103牢牢固定对准。同理，分别将晶片固定件104的头部和千分表108利用螺丝105固定于对应位置。

实施例3

对本发明提供的测量装置的测量操作包括校准和测量两部分，具体如下：

①激光源校准：开启千分表108和定位激光光源112的开关。将校准专用的，所需测量点作了标注的待测晶片109如图1a方式安置于本发明109位置之上，即竖直夹持于底座上方并悬空。轻轻移动晶片109，使其测量点恰好位于探针108与保持件106之间。然后通过移动托架114校准定位激光光源112在滑动槽115上的位置，使得几个激光光源112所发射出的激光正好与晶片109的边缘相切。至此激光光源的位置就校准完毕了。

②千分表校准：取下待测晶片109，将千分表108探针107与晶片保持件106保持接触，将千分表108的读数归零。

③测量：令所述激光源112朝晶片109方向发射可见激光。将千分表108的探针107打开后，放置待测的蓝宝石晶片109于探针107于晶片保持件106之间，待探针107归位，则蓝宝石晶片109被竖直固定。轻轻移动晶片至4个激光光点与晶片109边缘相切时，千分表108读数即为蓝宝石晶片109的厚度。

测量待测晶片中心点时，当测量人员确认每次晶片放置完毕后其表面无激光反射时，即可在测量多个晶片的同时确保每片所测位置均位于晶片的中心点。

测量待测晶片上的其它点时，将中心点的定位激光源112位置定义为零点，通过移动定位激光源112使其与晶片109相切，所移动的定位激光源112相对零点的距离即为所测晶片109的位置与晶片109中心点的距离。

按测量需要改变定位激光光源112之间的托架114的连接方式可以更好地对本发明进行设置，例如，如果仅用于测量2英寸的蓝宝石晶片，可以将4枚激光光源以“口”字方式连接，使得当更换所需测量的晶片位置时，仅需移动一次托架114就可以将激光源112的位置校准完毕。若需节约成本，可相应减少激光光源112的数量。但根据3点决定一个平面的原理，除去了晶片测量点外还需要两点。也就是说，为了精确定位，所用的激光光源112的数量不应少于2个（即至少2个）。此外由于蓝宝石晶片的测量应用中最常用的为对晶片中心点和最边缘的各点进行测量，为了降低操作人员反复调整激光光源112位置产生的工作量，提高生产效率，可以适当增加定位激光光源112的数量，在两个测量位置所对应的晶片边缘处都设置好定位激光光源112。

Claims (9)

1.一种用于蓝宝石衬底厚度的接触式测量装置，其特征在于：

①晶片保持件（104）与测量千分表（108）的探针（107）分别由两个固定支架（102）固定；

②两个固定支架（102）利用滑轨（110）滑入底座（101），并利用螺丝（103）固定对准；

③定位激光源（112）安置在固定支架（102）的滑动槽（115）内，上、下移动并通过托架（114）保持定位激光源（112）之间的相对位置。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于所述的定位激光源的数量至少为2个。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于所述的定位激光源为4个。

4.按权利要求3所述的装置，其特征在于4个定位激光源以口字方式连接。

5.按权利要求1所述的测量装置，其特征在于晶片保持件的头部（106）和千分表的探针结构相同，通过上固定件螺丝固定于固定支架上。

6.按权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的定位激光源选择内置电池供电或选择安置于固定支架内的电源供电。

7.按权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述的定位激光源大于2个时，利用分线盒分出的导线供电。

8.制作如权利要求1-7中任一项所述的测量装置的方法，其特征在于包括（A）激光源和千分表的校准和（B）测量两方面，其中：

（A）激光源和千分表的校准

①激光源校准：开启千分表（108）和定位激光光源（112）的开关，将被测量点作了标注的待测晶片（109）竖直夹持于底座上方并悬空，然后轻轻移动待测晶片（109），使测量点位于探针（108）与保持件（106）之间；再通过移动托架（114）校准定位激光光源（112）在滑动槽（115）上的位置，使得几个激光光源（112）所发射出的激光正好与待测晶片（109）的边缘相切；

②千分表校准：取下待测晶片（109），将千分表（108）的探针（107）与晶片保持件（106）保持接触，将千分表（108）的读数归零；

（B）测量：令所述激光源（112）朝晶片（109）方向发射可见激光，将千分表（108）的探针（107）打开后，放置待测的蓝宝石晶片（109）于探针（107）与晶片保持件（106）之间，待探针（107）归位，则蓝宝石晶片（109）被竖直固定；轻轻移动晶片至4个激光光点与晶片（109）边缘相切时，千分表（108）读数即为待测蓝宝石晶片（109）的厚度。

9.按权利要求8所述的方法，其特征在于：

①测量待测晶片中心点时，当测量人员确认每次晶片放置完毕后其表面无激光反射时，即可在测量多个晶片的同时确保每片所测位置均位于晶片的中心点；

②测量待测晶片上的其它点时，将中心点的定位激光源（112）位置定义为零点，通过移动定位激光源（112）使其与待测晶片（109）相切，所移动的定位激光源（112）相对零点的距离即为待测晶片（109）的位置与晶片（109）中心点的距离。