CN108680126A - 一种检测管道内壁粗糙度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测管道内壁粗糙度的装置及方法，通过在待检测管道的一端设置光源，在管道的另一端设置光强吸收模块和信号处理模块，当光线从管道的一端通过管道时，由于管道内壁表面存在粗糙度不一样的情况，将在管道内壁表面发生双向反射，从而导致在管道另一端检测到的光强发生变化，根据光强值的变化即可确定管道内壁表面的粗糙度；本发明可解决现有技术无法测量管道内壁表面粗糙度的问题，并具有装置结构简单，成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种检测半导体气体输送洁净管道内壁粗糙度的装置及方法。
背景技术
高纯特种气体作为掺杂、外延、刻蚀、离子注入等半导体制程中必不可少的特殊气体(工艺气体)，是制作精密电子元器件产品的重要原料。
半导体制程中的工艺气体都是通过洁净管道来输送的。当前洁净管道的材质基本都是316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)，它的表面处理方式可包括酸洗处理(Acid Pickling，AP)，光辉退火(Bright Annealing，BP)或电解抛光(Electro Polishing，EP)等。通过上述这些处理方法，可以使得洁净管道内壁表面的粗糙度达到较小的微米级。
然而，随着一定压力的工艺气体不断在洁净管道中进行输送，这些特殊气体会对管道内壁产生一定的冲击作用，使管道内壁表面的粗糙度变得越来越大，致使产生的颗粒也就越来越多。当半导体技术发展到16nm技术代以下时，洁净管道中产生的颗粒对制程的影响会越来越明显。
当前，业界基本采用不在线检测洁净管道内壁表面粗糙度的检测方式。只有当工艺设备的颗粒超标了，才有可能来查找洁净管道里的颗粒是否超标。但这种方式存在查找周期长，查找方向分散的问题，从而严重影响了正常的半导体工艺生产。
所以，急需找到一种新的检测半导体气体输送洁净管道内壁粗糙度的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种检测管道内壁粗糙度的装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种检测管道内壁粗糙度的装置，包括：
一光源，设于管道的一端，用于向管道内壁表面发射光线；
一光强吸收模块，设于管道的另一端，用于检测在管道内壁表面不同位置处发生双向反射的反射光线的光强；
一信号处理模块，用于对光强吸收模块检测到的光强进行信号转换并输出，以根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道内壁表面对应位置处的粗糙度。
优选地，所述光源为半导体激光器，所述光强吸收模块为光强吸收器，所述信号处理模块为相连接的信号转化器和计算机。
优选地，所述光源连接一旋转底座，所述旋转底座用于调节光源向管道内壁表面发射光线时的入射角度。
°°
优选地，所述入射角度的调节范围为在X-Z方向从-90到90。
优选地，所述光源通过光源臂与旋转底座上设有的角度旋转开关相连接。
本发明还提供了一种检测管道内壁粗糙度的方法，包括以下步骤：
步骤S01：通过待检测管道的一端向管道内壁表面发射光线；
步骤S02：通过管道的另一端检测在管道内壁表面不同位置处发生双向反射的反射光线的光强；
步骤S03：对检测到的光强进行信号转换并输出，根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道内壁表面对应位置处的粗糙度。
优选地，步骤S01中，通过不同入射角度向管道内壁表面发射光线；步骤S02中，通过对入射光线在具有不同粗糙度的管道内壁表面发生双向反射时所产生的光强变化进行检测；步骤S03中，根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，并依据设定的模型数据，确定管道内壁表面的粗糙度。
优选地，所述光线为激光。
优选地，所述激光的波长为500nm～700nm。
优选地，步骤S01中，通过调节向管道内壁表面发射光线时的入射角度范围，调整对管道内壁进行粗糙度检测时的检测区域大小及检测长度范围。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在待检测管道的一端设置光源，在管道的另一端设置光强吸收模块和信号处理模块，当光线从管道的一端通过管道时，由于管道内壁表面存在粗糙度不一样的情况，将在管道内壁表面发生双向反射，从而导致在管道另一端检测到的光强发生变化，根据光强值的变化即可确定管道内壁表面的粗糙度。本发明解决了现有技术无法测量管道内壁表面粗糙度的问题，具有装置结构简单，成本较低的优点。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种检测管道内壁粗糙度的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种检测管道内壁粗糙度的装置结构示意图。如图1所示，本发明的一种检测管道内壁粗糙度的装置，包括与一个待检测管道4相耦合的一个光源3，一个光强吸收模块5以及一个信号处理模块6和7等几个主要组成部分。
请参阅图1。待检测的管道4可以是用于输送工艺气体的半导体洁净管道。半导体洁净管道4可采用业界通用的材质，如316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)进行制作。光源3安装在管道4的一端，用于向管道4内壁表面发射光线。光强吸收模块5安装在管道4的另一端，用于检测在管道4内壁表面不同位置处发生双向反射后的反射光线的光强。信号处理模块6和7连接光强吸收模块5，用于对光强吸收模块5检测到的光强进行光电信号转换并输出，以根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道4内壁表面对应位置处的粗糙度。
作为一优选的实施方式，光源3可以采用半导体激光器3；利用半导体激光器3可向管道4内壁表面发射激光。可将光源3与一个旋转底座1相连接，从而可以通过旋转底座1调节光源3向管道4内壁表面发射光线时的入射角度。例如，旋转底座1可竖直设置在管道4一侧(图示为左侧)，并带有具有角度刻度的角度旋转开关；可将光源3通过一个光源臂2与旋转底座1的角度旋转开关相连接，从而可通过控制角度旋转开关来调节发射光线时的入射角度，这样可使得入射光的入射角度可以在X-Z方向(以管道4方向为
°°
X向，以垂直方向为Z向)从-90到90的范围内进行调节。
光强吸收模块5可以采用光强吸收器5。信号处理模块6和7可以采用相连接的信号转化器6和计算机7，信号转化器6与光强吸收器5相连接；信号转化器6对光强吸收模块5检测到的光强进行光电信号转换，将光强吸收模块5检测到的光强转化为可读的光强信号，并输出给计算机7，以根据光强值的变化计算确定管道4内壁表面对应位置处的粗糙度。
由光源3发出的光线依次通过洁净管道4，光强吸收器5和信号转化器6，形成一个完整的检测光路。光从洁净管道4的一端入射，在具有一定粗糙度的管道4内壁表面将发生双向反射，然后从洁净管道4的另一端出来。利用光强吸收器5检测光强，最后通过信号转化器6转化为可读的光强值，就可通过光强值的变化，并依据模型数据来确定洁净管道4内壁表面的粗糙度。
半导体激光器3、光强吸收器5、信号转化器6以及计算机7等都可采用市场上可采购的通用商品进行组装。
下面通过具体实施方式并结合图1，对本发明的一种检测管道内壁粗糙度的方法进行详细说明。
请参阅图1。本发明的一种检测管道内壁粗糙度的方法，可使用上述的一种检测管道内壁粗糙度的装置。检测管道内壁粗糙度的方法可包括以下步骤：
步骤S01：通过待检测管道的一端向管道内壁表面发射光线。
可利用安装在半导体洁净管道4一端的光源3，例如半导体激光器3，向管道4内壁表面发射激光光线。激光的波长可为500nm～700nm；实验中选用波长为660nm的半导体激光器3作为光源3，以向管道4内壁表面发射波长为660nm的激光。
同时，可通过调节半导体激光器3向管道4内壁表面发射光线时的入射角度范围，来调整对待检测的管道4内壁进行粗糙度检测时的检测区域大小及检测长度范围。例如，可通过控制旋转底座1上角度旋转开关的转动角度，来调节半导体激光器3发射激光光线时的入射角度，使得入射光的入射角度
°°
可以在X-Z方向(以管道方向为X向，以垂直方向为Z向)从-90到90的范围内进行适当地调节。
步骤S02：通过管道的另一端检测在管道内壁表面不同位置处发生双向反射的反射光线的光强。
可利用安装在半导体洁净管道4另一端的光强吸收模块5，例如光强吸收器5，来检测发生双向反射时反射光线的激光光强信号。
步骤S03：对检测到的光强进行信号转换并输出，根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道内壁表面对应位置处的粗糙度。
可利用与光强吸收器5连接的信号处理模块6和7，例如可以采用相连接的信号转化器6和计算机7作为信号处理模块，并将信号转化器6与光强吸收器5相连接。这样，由半导体激光器3发出的激光依次通过洁净管道4，光强吸收器5和信号转化器6，就形成了一个完整的检测光路。信号转化器6可对光强吸收器5检测的激光光强进行光电信号转换，将光强吸收器5检测到的光强转化为可读的光强信号值，并输出给计算机7，以根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，计算确定管道4内壁表面对应位置处的粗糙度。
由于洁净管道4内壁表面粗糙度的不一样，光在通过洁净管道4时，会发生双向反射，从而可形成双向反射分布函数。双向反射分布函数值由镜反射分量和漫反射分量组成，其大小主要由样品表面的粗糙度决定。管道4内壁表面的粗糙度越小，双向反射分布函数的镜向值峰值就越大，镜向反射现象也就越明显；反之，管道4内壁表面的粗糙度较大时，则主要呈现出一定的漫反射特征。利用此特征，通过向管道4内壁表面发射光线，当光从管道4的一端通过洁净管道4时，就会在管道4内壁表面发生双向反射，从而导致光强吸收器5检测到的光强发生变化。根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，并可依据设定的模型数据，就可计算和确定出洁净管道4内壁表面的粗糙度。
综上，本发明通过在待检测管道的一端设置光源，在管道的另一端设置光强吸收模块和信号处理模块，当光线从管道的一端通过管道时，由于管道内壁表面存在粗糙度不一样的情况，将在管道内壁表面发生双向反射，从而导致在管道另一端检测到的光强发生变化，根据光强值的变化即可确定管道内壁表面的粗糙度。本发明解决了现有技术无法测量管道内壁表面粗糙度的问题，具有装置结构简单，成本较低的优点。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种检测管道内壁粗糙度的装置，其特征在于，包括：
一光源，设于管道的一端，用于向管道内壁表面发射光线；
一光强吸收模块，设于管道的另一端，用于检测在管道内壁表面不同位置处发生双向反射的反射光线的光强；
一信号处理模块，用于对光强吸收模块检测到的光强进行信号转换并输出，以根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道内壁表面对应位置处的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的检测管道内壁粗糙度的装置，其特征在于，所述光源为半导体激光器，所述光强吸收模块为光强吸收器，所述信号处理模块为相连接的信号转化器和计算机。
3.根据权利要求1所述的检测管道内壁粗糙度的装置，其特征在于，所述光源连接一旋转底座，所述旋转底座用于调节光源向管道内壁表面发射光线时的入射角度。
4.根据权利要求3所述的检测管道内壁粗糙度的装置，其特征在于，所述入射角度的调节范围为在X-Z方向从-90°到90°。
5.根据权利要求3所述的检测管道内壁粗糙度的装置，其特征在于，所述光源通过光源臂与旋转底座上设有的角度旋转开关相连接。
6.一种检测管道内壁粗糙度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：通过待检测管道的一端向管道内壁表面发射光线；
步骤S02：通过管道的另一端检测在管道内壁表面不同位置处发生双向反射的反射光线的光强；
步骤S03：对检测到的光强进行信号转换并输出，根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，确定管道内壁表面对应位置处的粗糙度。
7.根据权利要求6所述的检测管道内壁粗糙度的方法，其特征在于，步骤S01中，通过不同入射角度向管道内壁表面发射光线；步骤S02中，通过对入射光线在具有不同粗糙度的管道内壁表面发生双向反射时所产生的光强变化进行检测；步骤S03中，根据光强值的变化及生成的双向反射分布函数，并依据设定的模型数据，确定管道内壁表面的粗糙度。
8.根据权利要求6所述的检测管道内壁粗糙度的方法，其特征在于，所述光线为激光。
9.根据权利要求8所述的检测管道内壁粗糙度的方法，其特征在于，所述激光的波长为500nm～700nm。
10.根据权利要求6所述的检测管道内壁粗糙度的方法，其特征在于，步骤S01中，通过调节向管道内壁表面发射光线时的入射角度范围，调整对管道内壁进行粗糙度检测时的检测区域大小及检测长度范围。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181019 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |