CN108226099B - 一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置及其使用方法，涉及太赫兹技术领域。包括太赫兹辐射源、准直扩束系统、样品台、太赫兹探测器、计算机、机械吸盘、返工片收集盒；太赫兹辐射源设置在最下方，太赫兹辐射源垂直向上辐射太赫兹波，准直扩束系统设置在太赫兹辐射源的正上方，所述太赫兹探测器设置在准直扩束系统正上方，太赫兹探测器与准直扩束系统之间有一段间距，太赫兹探测器的探头朝下，用于接收太赫兹辐射，样品台设置在太赫兹探测器与准直扩束系统之间，能够沿水平面移动，计算机与太赫兹探测器数据线相连，机械吸盘与计算机数据线连接，返工片收集盒独立。可在不接触硅片的情况下，无损地测量硅片的电阻率，不会对硅片造成损伤。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，特别是一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置及其使用方法。
背景技术
太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝1012Hz)波，通常定义为频率在0.1-10THz(波长在30-3000μm)范围内的电磁波，其波段位于微波与红外之间，处于电子学与光子学研究的交叉领域。与其它电磁波相比，太赫兹波具有许多独特的性质，如安全性、高穿透性、指纹谱性及带宽性等优点，可广泛应用于生物医学、无损检测、雷达、通讯、军事、国防、航空等各个领域。
在半导体行业及光伏行业中，硅片的电阻率是评判硅片导电能力的重要指标之一，为防止规格差距太大，测试硅片的电阻率成为硅片加工成芯片及太阳能电池片的重要前序工艺。
在现有的技术中，硅片电阻率的测量多采用接触式的四探针法，这种测试方法必须接触硅片，并施加一定力度，测量薄硅片时，易造成硅片断裂的现象，同时需要定期更换四根磨损的探针，造成成本增加。而非接触的测量硅片电阻率的方法多采用电涡流测试装置，如公开号为CN203941234U的中国专利一种太阳能硅片电阻率电涡流测试装置，通过感应硅片上形成的涡流生成电流信号和电压信号，然后依次经过传输、差频、中频放大、检波及低通、直流放大，最后得到电流和电压的模拟量，计算出硅片的电阻率。但这种方法具有设备环节多、协调控制复杂、电路设计复杂等缺点，不适用于生产线上对硅片样品的普查。因此，本领域亟待开发出一种无损检测硅片电阻率的装置，太赫兹作为一种特殊的电磁波，硅片的电阻率对太赫兹波的透过率具有非常大的影响，可以采用测量太赫兹波对硅片透过率的方式来测量出硅片的电阻率。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置及其使用方法，利用太赫兹波对于相同厚度不同电阻率硅片的透过率不同，从而实现太赫兹对硅片电阻率的非接触式测量，可以在生产线上对硅片进行普查，相比于传统的抽查方式，可以提高产品的成品率及质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置，包括太赫兹辐射源、准直扩束系统、样品台、太赫兹探测器、计算机、机械吸盘、返工片收集盒；所述太赫兹辐射源设置在最下方，太赫兹辐射源垂直向上辐射太赫兹波，所述准直扩束系统设置在太赫兹辐射源的正上方，所述太赫兹探测器设置在准直扩束系统正上方，太赫兹探测器与准直扩束系统之间有一段间距，太赫兹探测器的探头朝下，用于接收太赫兹辐射，所述样品台设置在太赫兹探测器与准直扩束系统之间，能够沿水平面移动，计算机与太赫兹探测器数据线相连，机械吸盘与计算机数据线连接，返工片收集盒独立，所述机械吸盘和返工片收集盒均设置在样品台侧方；机械吸盘用于将硅片从样品台上取下放入返工片收集盒。
所述的太赫兹辐射源为返波振荡器、量子级联激光器、自由电子激光器或二氧化碳激光抽运太赫兹辐射源中的一种，优选为太赫兹量子级联激光器。
所述的准直扩束系统为开普勒型或伽利略型准直扩束系统，优选为伽利略型准直扩束系统。
所述的样品台为中间具有圆孔的样品台，圆孔的直径为2-8cm，并且样品台可沿一个方向水平传送，样品台数量至少一个；待测的硅片放在样品台上，太赫兹波穿过样品台上的圆孔辐射到硅片。
所述的太赫兹探测器为微测辐射热计、高莱探测器、热释电探测器、肖特基二极管探测器、场效应晶体管探测器或高电子迁移率晶体管探测器中的一种，探测频率范围为0.1-10THz，可测量入射太赫兹波的功率，优选为微测辐射热计。
所述计算机采用USB、802.11b协议或TCP/IP协议与太赫兹探测器相连，用于记录太赫兹波的透过率，通过输入太赫兹波的频率及硅片的厚度，得出硅片的电阻率，计算机用于控制机械吸盘。
所述的机械吸盘的直径为2-10cm用于抓取电阻率异常的硅片，并放置在返工片收集盒内。
所述的返工片收集盒设置在机械吸盘的工作范围内，返工片收集盒的边长为5-30cm，高度为10cm，可容纳的硅片数量为100片。
本发明还提供了上述装置的使用方法，技术方案如下：
硅片样品在样品台上间隔水平放置，在第奇数个样品台上不放置硅片样品，在第偶数个样品台上放置硅片样品。首先，在计算机中输入太赫兹波的频率及硅片的厚度，其次，将第一个样品台传送至太赫兹波的中心位置并停留1-5秒，测量空样品台上探测器所接收到的太赫兹辐射功率，再次，将第二个样品台传送到太赫兹波的中心位置，并停留1-5秒，得到太赫兹对于硅片的透过率。根据公式T＝αlnρ，其中T为透过率，α为与太赫兹频率和硅片厚度有关的系数，ρ为硅片的电阻率，从而由计算机计算出硅片的电阻率。接着传送后面的样品台，每个样品台停留1-5秒，以此类推。当硅片的电阻率出现异常时，计算机使机械吸盘抓取电阻率异常的硅片，并放置在返工片收集盒内。
公式T＝αlnρ中的α可根据已知硅片的厚度、电阻率等结合本装置实验得到与太赫兹频率、硅片厚度有关的系数α。
综上所述，由于采取了上述技术方案：本发明的有益效果是：
本发明相比于传统的四探针法测量电阻率的装置，可以在不接触硅片的情况下，无损地测量硅片的电阻率，不会对硅片造成损伤。并且该装置可以在生产线上对硅片进行普查，并将电阻率不合格的硅片进行返工，相比于传统的抽查方式，可以提高产品的成品率及质量。
附图说明
图1为本发明所述的一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置示意图。
图中标记：1-太赫兹辐射源，2-准直扩束系统，3-样品台，4-太赫兹探测器，5-计算机，6-机械吸盘，7-返工片收集盒，8-硅片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
如图1所示，一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置，包括太赫兹辐射源1、准直扩束系统2、至少一个可平行移动的样品台3、太赫兹探测器4、计算机5、用于抓取硅片的机械吸盘6、返工片收集盒7。所述太赫兹辐射源1优选为太赫兹量子级联激光器，频率为4.3THz，设置在装置的最下方，垂直向上辐射太赫兹波。所述准直扩束系统2优选为伽利略型准直扩束系统，设置在太赫兹辐射源1上方。所述样品台3优选为孔径为3cm可沿一个方向水平移动的样品台，数量为多个，设置在准直扩束系统2上方。所述太赫兹探测器4优选为太赫兹微测辐射热计，设置在样品台3上方，探测器探头朝下，用于接收太赫兹辐射。所述机械吸盘6的直径为2cm，返工片收集盒7的边长为5cm，高度为10cm，设置在样品台3侧方。所述的硅片样品为单晶硅片，直径为5cm，厚度为100μm。
硅片样品在样品台3上间隔水平放置，在第奇数个样品台3上不放置硅片样品，在第偶数个样品台3上放置硅片样品。首先，在计算机5中输入太赫兹波的频率4.3THz及硅片的厚度100μm，其次，将第一个样品台3传送至太赫兹波的中心位置并停留5秒，测量空样品台3上探测器4所接收到的太赫兹辐射功率，再次，将第二个样品台3传送到太赫兹波的中心位置，并停留5秒，得到太赫兹对于硅片的透过率，由计算机5计算出硅片的电阻率(根据公式T＝αlnρ，其中T为透过率，α为与太赫兹频率和硅片厚度有关的系数，ρ为硅片的电阻率)，接着传送后面的样品台3，每个样品台停留5秒，依次类推。当硅片的电阻率出现异常时，计算机使机械吸盘6抓取电阻率异常的硅片，并放置在返工片收集盒7内。
本发明一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置及其使用方法，相比于传统的四探针法测量电阻率的装置及方法，可以在不接触硅片的情况下，采用非接触无损式地对硅片的电阻率进行测量，不会使硅片产生损伤。并且该装置可以在生产线上对硅片进行普查，并将电阻率不合格的硅片进行返工，相比于传统的抽查方式，将会提高产品的成品率及质量。
Claims (7)
1.一种太赫兹无损检测硅片电阻率的装置在生产线上对硅片进行普查的方法，其特征在于，所述方法利用太赫兹波对于相同厚度不同电阻率硅片的透过率不同，从而实现太赫兹对硅片电阻率的非接触式测量和普查；所述的装置包括太赫兹辐射源、伽利略型准直扩束系统、样品台、太赫兹探测器、计算机、机械吸盘和返工片收集盒；所述太赫兹辐射源为量子级联激光器，所述太赫兹辐射源设置在装置最下方，太赫兹辐射源垂直向上辐射太赫兹波，所述准直扩束系统设置在太赫兹辐射源的正上方， 所述太赫兹探测器设置在准直扩束系统正上方，太赫兹探测器与准直扩束系统之间有一段间距，太赫兹探测器的探头朝下，用于接收太赫兹辐射，所述样品台设置在太赫兹探测器与准直扩束系统之间，能够沿水平面移动，计算机与太赫兹探测器数据线相连，机械吸盘与计算机数据线连接，返工片收集盒独立，所述机械吸盘和返工片收集盒均设置在样品台侧方；
具体的方法如下：硅片样品在样品台上间隔水平放置，在第奇数个样品台上不放置硅片样品， 在第偶数个样品台上放置硅片样品；首先，在计算机中输入太赫兹波的频率及硅片的厚度，太赫兹波的频率为4.3THz，硅片的厚度为100μm，其次，将第一个样品台传送至太赫兹波的中心位置并停留 1-5 秒，测量空样品台上探测器所
接收到的太赫兹辐射功率，再次，将第二个样品台传送到太赫兹波的中心位置，并停留1-5 秒；由此，得到太赫兹对于硅片的透过率；根据公式 T=α ln ρ，其中 T 为透过率，α 为与太赫兹频率和硅片厚度有关的系数，ρ 为硅片的电阻率，从而由计算机计算出硅片的电阻率； 接着传送后面的样品台，每个样品台停留 1-5 秒，以此类推；当硅片的电阻率出现异常时， 计算机使机械吸盘抓取电阻率异常的硅片，并放置在返工片收集盒内。
2.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，样品台为中间具有圆孔的样品台，圆孔的直径为 2-8cm，并且样品台沿一个方向水平传送，样品台数量至少一个。
3.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，待测的硅片放在样品台上，太赫兹波穿过样品台上的圆孔辐射到硅片。
4.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，太赫兹探测器为微测辐射热计、高莱探测器、热释电探测器、肖特基二极管探测器、场效应晶体管探测器或高电子迁移率晶体管探测器中的一种，探测频率范围为 0.1-10THz，能测量入射太赫兹波的功率。
5.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，计算机采用 USB、802.11b 协议或 TCP/IP协议与太赫兹探测器相连，用于记录太赫兹波的透过率。
6.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，机械吸盘的直径为 2-10cm，用于将电阻率异常的硅片从样品台上取下，并放置在返工片收集盒内。
7.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于，返工片收集盒设置在机械吸盘的工作范围内， 返工片收集盒的边长为 5-30cm，高度为 10cm，能容纳的硅片数量为 100 片。
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