CN114965388A - 检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供检测装置,其能够容易地确定锭的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域和非小面区域)。检测装置用于确定锭的杂质浓度不同的区域,其中,该检测装置具有:锭保持单元,其具有对锭进行保持的保持面;激励光源,其对该保持面所保持的该锭的正面照射规定的波长的激励光;以及受光部,其接受因从该激励光源照射的激励光而从该锭产生的荧光并生成电信号,该电信号仅示出红外线区域的波长的光的光子数。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定锭的杂质浓度不同的区域的检测装置。
背景技术
半导体器件的芯片一般使用圆盘状的晶片来制造。该晶片例如通过使用线切割机从圆柱状的半导体锭切出而生成。但是,当这样生成晶片时,存在锭的大部分作为切削损耗(切削量)消失因而不经济的问题。
而且,作为功率器件用的材料而使用的SiC(碳化硅)单晶硬度高。因此,在使用线切割机从SiC单晶锭切出晶片的情况下,切出花费时间,生产率差。
鉴于这些方面,提出了不使用线切割机而是使用激光束从锭切出晶片的方法(例如,参照专利文献1)。在该方法中,按照将透过锭的波长的激光束的聚光点定位于锭的内部的方式对锭照射激光束。
由此,在锭的内部形成包含改质层和从改质层伸展的裂纹的剥离层。然后,当通过超声波振动等对形成有剥离层的锭施加外力时,锭在剥离层发生分离,晶片被切出。
另外,在SiC单晶锭中,通常为了赋予导电性而掺杂有氮等杂质。但是,在SiC单晶锭中,有时未均匀地掺杂这样的杂质而包含杂质浓度不同的多个区域。
例如,在SiC单晶的生长过程中形成的被称为小面(facet)区域的原子水平上平坦的区域的杂质浓度比其他区域(非小面区域)高。而且,像小面区域这样杂质浓度高的区域与非小面区域相比折射率高并且能量的吸收率高。
因此,在通过上述方法对包含小面区域的SiC单晶锭形成剥离层的情况下,存在形成剥离层的位置(高度)变得不均匀、切削损耗变大的问题。
鉴于这一点,提出了用于确定SiC锭的小面区域的检测装置(例如,参照专利文献2)。在该装置中,检测透过了带通滤波器(该带通滤波器使对SiC锭照射激励光而产生的荧光中的波长为395nm~430nm的光透过)的荧光的亮度,并根据所检测的亮度是否为规定的值以上来确定小面区域。
专利文献1:日本特开2016-111143号公报
专利文献2:日本特开2020-77783号公报
在上述的检测装置中,有时从附着于锭的微粒产生的荧光的亮度变高,另外,有时根据锭的种类而难以准确地确定小面区域等杂质浓度高的区域。
发明内容
鉴于这一点,本发明的目的在于提供能够容易地确定锭的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域和非小面区域)的检测装置。
本发明人发现,通过检测对锭照射激励光而产生的荧光中的红外线(IR)区域的荧光的光子数,能够容易地确定锭的杂质浓度不同的区域。
例如,根据本发明,提供检测装置,其用于确定锭的杂质浓度不同的区域,其中,该检测装置具有:锭保持单元,其具有对锭进行保持的保持面;激励光源,其对该保持面所保持的该锭的正面照射规定的波长的激励光;以及受光部,其接受因该激励光而从该锭产生的荧光并生成电信号,该电信号仅示出红外线区域的波长的光的光子数。
并且,在本发明中,优选该检测装置还具有滤光器,该滤光器配设在该锭与该受光部之间的该荧光的光路上,该滤光器包含仅使红外线透过的IR滤光器。
另外,在本发明中,优选该检测装置还具有存储部,该存储部将与该保持面平行的坐标平面上的表示该锭的正面所包含的多个区域的多个坐标中的各个坐标分别与对该多个区域中的各个区域分别照射了该激励光时该受光部所接受的该红外线区域的波长的光的光子数关联起来而进行存储。
另外,在本发明中,优选该检测装置还具有处理部,该处理部根据该存储部中关联地存储的该多个坐标中的各个坐标和该红外线区域的波长的光的光子数,使显示单元显示与该锭的正面对应且确定了杂质浓度不同的区域的图像。
在本发明的检测装置中,仅检测通过对锭照射激励光而产生的荧光中的红外线区域的波长的光的光子数。由此,能够容易地确定锭的杂质浓度(例如,小面区域以及非小面区域)不同的区域。
附图说明
图1的(A)是示意性地示出锭的一例的主视图,图1的(B)是示意性地示出锭的一例的俯视图。
图2是示意性地示出检测装置的一例的图。
图3是示意性地示出存储部中存储的多个坐标的一例的图。
图4是示意性地示出显示单元上显示的图像的一例的图。
图5是示意性地示出检测装置的变形例的图。
标号说明
11:锭(11a:上表面(正面),11b:下表面(背面),11c:c轴)(11d:垂线,11e:c面)(11f:小面区域,11g:非小面区域);13:一次定向平面;15:二次定向平面;17:图像;2:检测装置;4:卡盘工作台;6:检测单元;8:激励光源;10:反射镜;12:聚光透镜;14:椭圆镜(14a:反射面);16:受光部(16a:受光面);18:滤光器;20:检测装置;22:检测单元;24:分色镜;26:壳体。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1的(A)是示意性地示出锭的一例的主视图,使用本实施方式的检测装置来确定锭的杂质浓度不同的区域,图1的(B)是该锭的俯视图。
图1的(A)和图1的(B)所示的锭11例如由具有大致平行的上表面(正面)11a和下表面(背面)11b的圆柱状的SiC单晶形成。该锭11是以SiC单晶的c轴11c相对于正面11a和背面11b的垂线11d稍微倾斜的方式利用外延生长而生成的。
例如,c轴11c与垂线11d所成的角(偏离角)α为1°~6°(代表性地为4°)。另外,在锭11的侧面形成有示出SiC单晶的晶体取向的2个平面部即一次定向平面13和二次定向平面15。
一次定向平面13比二次定向平面15长。另外,二次定向平面15形成为与平行于SiC单晶的c面11e的面和正面11a或背面11b相交叉的交叉线平行。
另外,在锭11中,为了赋予导电性而掺杂有氮等杂质。此外,锭11包含原子水平上平坦的区域即小面区域11f和除了小面区域11f以外的区域即非小面区域11g。
而且,小面区域11f的杂质浓度比非小面区域11g的杂质浓度高。另外,在图1的(B)中,小面区域11f与非小面区域11g的边界用虚线示出,但该边界线是假想线,在实际的锭11中不存在。
另外,锭11的材料不限于SiC,也可以是LiTaO3(钽酸锂:LT)或GaN(氮化镓)。并且,也可以不在锭11的侧面设置一次定向平面13和二次定向平面15中的一方或双方。
图2是示意性地示出本实施方式的检测装置的一例的图。另外,在图2中,检测装置的构成要素的一部分用框表示。图2所示的检测装置2具有圆盘状的卡盘工作台(锭保持单元)4,其具有对锭11的背面11b进行载置的上表面(保持面)4a。
卡盘工作台4与水平方向移动机构(未图示)连结。水平方向移动机构例如具有滚珠丝杠和电动机等。并且,当该水平方向移动机构进行动作时,卡盘工作台4沿着与保持面4a平行的方向(水平方向)移动。
另外,卡盘工作台4与旋转机构(未图示)连结。旋转机构例如具有主轴和电动机等。并且,当该旋转机构进行动作时,卡盘工作台4以沿着垂直于保持面4a的方向(铅垂方向)并且通过保持面4a的中心的直线L为旋转轴进行旋转。
另外,卡盘工作台4与吸引机构(未图示)连结。吸引机构例如具有抽气器等。并且,当该吸引机构进行动作时,在保持面4a上产生负压,对载置在保持面4a上的锭11进行吸引保持。
在卡盘工作台4的上方设置有检测单元6。检测单元6具有激励光源8。激励光源8例如具有GaN系发光元件,朝向侧方的反射镜10照射被锭11吸收的波长(例如为365nm)的激励光A。并且,反射镜10反射的激励光A通过下方的聚光透镜12而会聚。
另外,检测单元6具有圆环状的椭圆镜14,该椭圆镜14在内侧具有反射面14a。另外,在图2中,示出了椭圆镜14的截面。该反射面14a相当于使具有沿铅垂方向延伸的长轴和沿水平方向延伸的短轴的椭圆14b以该长轴为中心进行旋转而得的旋转椭圆体的曲面的一部分。
椭圆镜14具有2个焦点F1、F2,将从其中一方(例如焦点F1)产生的光会聚于另一方(例如焦点F2)。另外,将聚光透镜12按照焦点与焦点F1大致一致的方式进行设计。即,激励光A在焦点F1会聚。
另外,检测单元6具有受光部16。受光部16例如具有当接受波长为900nm以下的光时输出示出该光的光子数的电信号的光电倍增管等。或者,受光部16也可以具有当接受波长为1200nm或1500nm以下的光时输出示出该光的光子数的电信号的光电倍增管等。另外,将受光部16按照受光面16a的中心与椭圆镜14的焦点F2一致的方式进行设计。
另外,在检测单元6中,在焦点F1处产生且被椭圆镜14反射的光通过滤光器18而朝向焦点F2。即,滤光器18设置在椭圆镜14的焦点F1与焦点F2之间的光路上。滤光器18例如具有使750nm以上的波长的光透过并且阻断不足750nm的波长的光的IR滤光器。
并且,检测单元6与铅垂方向移动机构(未图示)连结。铅垂方向移动机构例如具有滚珠丝杠和电动机等。并且,当该铅垂方向移动机构进行动作时,检测单元6沿着铅垂方向移动。
例如按照以下的顺序使用检测装置2来确定锭11的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域11f和非小面区域11g)。首先,在将锭11的背面11b侧吸引保持于卡盘工作台4的保持面4a的状态下,对卡盘工作台4的水平方向的位置和检测单元6的铅垂方向的位置进行调整,以便使椭圆镜14的焦点F1与锭11的正面11a上的点一致。
即,使卡盘工作台4和检测单元6移动,以便使焦点F1与平行于保持面4a的坐标平面上的表示锭11的正面11a所包含的多个区域的多个坐标中的任意坐标一致。接着,激励光源8照射激励光A。由此,激励光A经由反射镜10和聚光透镜12而向锭11照射。
当向锭11照射激励光A时,锭11吸收激励光A而在焦点F1处产生荧光B。例如,如果激励光A的波长为365nm,则激励光A从锭11的正面11a侵入至深度10μm左右。并且,从锭11的正面11a侧的厚度约为10μm的板状的区域产生荧光B。
在焦点F1处产生的荧光B经由椭圆镜14而到达滤光器18。并且,荧光B中仅IR区域的波长(例如750nm以上的波长)的光透过滤光器18。
由此,受光部16接受IR区域的波长的光而生成示出该光的光子数的电信号。并且,在按照焦点F1分别与上述多个坐标中的其余的各个坐标一致的方式使卡盘工作台4和检测单元6相对移动的状态下,激励光源8照射激励光A。
其结果是,按照与多个坐标相同的数量生成示出IR区域的波长的光的光子数的电信号。在此,该光子数在锭11的杂质浓度越高的区域越少。因此,在检测装置2中,能够容易地确定锭11的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域11f和非小面区域11g)。
并且,检测装置2具有对卡盘工作台4和检测单元6的动作进行控制的控制单元(未图示)。该控制单元例如具有:处理部,其生成用于控制卡盘工作台4和检测单元6的信号;以及存储部,其存储处理部中所使用的各种信息(数据和程序等)。
此外,处理部的功能通过读出并执行存储于存储部的程序的CPU(CentralProcessing Unit:中央处理单元)等而具体实现。另外,存储部的功能由DRAM(DynamicRandom Access Memory:动态随机存取存储器)、SRAM(Static Random Access Memory:静态随机存取存储器)以及NAND型闪速存储器等半导体存储器和HDD(Hard Disk Drive:硬盘驱动器)等磁存储装置中的至少一个而具体实现。
该存储部例如将上述多个坐标中的各个坐标与IR区域的波长的光的光子数关联起来而存储。图3是示意性地示出该存储部中存储的多个坐标的一例的图。另外,表1是示意性地示出对该多个坐标所表示的锭11的正面11a的多个区域中的各个区域分别照射了激励光A时受光部16所接受的IR区域的波长的光的光子数(count per second:每秒的计数(cps))的一例的表。
【表1】
坐标 | 光子数(cps) |
x1,y1 | 5000 |
x2,y1 | 5000 |
x3,y1 | 4000 |
x4,y1 | 2500 |
x5,y1 | 1000 |
x6,y1 | 3000 |
即,在存储部中,例如将6个坐标(x1,y1)、(x2,y1)、(x3,y1)、(x4,y1)、(x5,y1)、(x6,y1)与6个光子数(5000cps)、(5000cps)、(4000cps)、(2500cps)、(1000cps)、(3000cps)分别关联起来而存储。
并且,检测装置2具有显示单元(未图示),该显示单元显示与锭11的正面11a对应且确定了杂质浓度不同的区域(例如,小面区域和非小面区域)的图像。该显示单元的动作由上述的控制单元的处理部控制。
具体而言,处理部根据存储部中关联存储的多个坐标中的各个坐标和IR区域的波长的光的光子数来控制显示单元的显示。例如,处理部根据存储部中存储的IR区域的波长的光的光子数来设定颜色,按照将多个坐标所表示的锭11的正面11a的多个区域中的各个区域分别以所设定的颜色进行显示的方式将锭11的正面11a图像化。
图4是示意性地示出显示单元所显示的图像的一例的图。其中,在图4中,为了方便,对光子数少的区域(例如,小面区域)标注斜线的阴影线。在检测装置2中,操作者通过目视确认图4所示的图像17,能够更容易地确定锭11的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域11f和非小面区域11g)。并且,操作者通过目视确认已预先确定了杂质浓度不同的区域的锭11的正面11a的图像,还能够确认受光部16是否正常地进行动作。
另外,检测装置2只不过是本发明的一个方式,本发明的检测装置并不限于检测装置2。即,本发明的检测装置只要能够仅对从锭产生的荧光中的IR区域的波长的光进行检测,则可以是任意的结构。例如,如果在不仅对受光面16a照射IR区域的波长的光还照射波长更短的光的情况下,受光部16能够输出仅示出IR区域的波长的光的光子数的电信号,则检测装置2中也可以省略滤光器18。
另外,本发明的检测装置也可以具有结构与检测单元6不同的检测单元。图5是示意性地示出具有检测单元的检测装置的一例的图,该检测单元具有与检测单元6不同的结构。另外,在图5中,检测装置的构成要素的一部分用框表示。另外,以下,省略对与检测装置2的构成要素相同的构成要素的详细说明。
图5所示的检测装置20具有圆盘状的卡盘工作台4,卡盘工作台4具有对锭11的背面11b进行载置的上表面(保持面)4a。在卡盘工作台4的上方设置有检测单元22。检测单元22具有激励光源8。
激励光源8朝向侧方的分色镜24照射激励光A。利用分色镜24反射激励光A(例如,波长为365nm的光)。另一方面,IR区域的波长(例如,750nm以上的波长的光)的光透过分色镜24。并且,分色镜24所反射的激励光A被聚光透镜12会聚。
另外,检测单元22具有设置在分色镜24与上方的受光部16之间的滤光器18。另外,检测单元22的上述构成要素收纳于壳体26中,壳体26的位于聚光透镜12的下方的部分敞开。
该壳体26阻断IR区域的波长的光。因此,在受光部16中仅接受透过了聚光透镜12、分色镜24以及滤光器18的IR区域的波长的光。
并且,检测单元22与铅垂方向移动机构(未图示)连结。铅垂方向移动机构例如具有滚珠丝杠和电动机等。并且,当该铅垂方向移动机构进行动作时,检测单元22沿着铅垂方向移动。
例如按照以下的顺序使用检测装置20来确定锭11的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域11f和非小面区域11g)。首先,在将锭11吸引保持于卡盘工作台4的保持面4a的状态下,对卡盘工作台4的水平方向的位置和检测单元6的铅垂方向的位置进行调整,以便使激励光A的聚光点与锭11的正面11a上的点一致。
即,使卡盘工作台4和检测单元6移动,以便使激励光A的聚光点与平行于保持面4a的坐标平面上的表示锭11的正面11a所包含的多个区域的多个坐标中的任意坐标一致。接着,激励光源8照射激励光A。由此,激励光A经由分色镜24和聚光透镜12而向锭11照射。
当向锭11照射激励光A时,锭11吸收激励光A而产生荧光B。从锭11产生的荧光B经由聚光透镜12和分色镜24而到达滤光器18。并且,荧光B中仅IR区域的波长(例如750nm以上的波长)的光透过滤光器18。
由此,受光部16接受IR区域的波长的光而生成示出该光的光子数的电信号。并且,在按照使激励光A的聚光点分别与上述多个坐标中的其余的各个坐标一致的方式使卡盘工作台4和检测单元6移动的状态下,激励光源8照射激励光A。
其结果是,按照与多个坐标相同的数量生成示出IR区域的波长的光的光子数的电信号。因此,在检测装置20中,与图2所示的检测装置2同样地,能够容易地确定锭11的杂质浓度不同的区域(例如,小面区域11f和非小面区域11g)。
此外,上述的实施方式以及变形例所涉及的结构以及方法等只要不脱离本发明的目的的范围便能够适当地进行变更而实施。
Claims (4)
1.一种检测装置,其用于确定锭的杂质浓度不同的区域,其特征在于,
该检测装置具有:
锭保持单元,其具有对锭进行保持的保持面;
激励光源,其对该保持面所保持的该锭的正面照射规定的波长的激励光;以及
受光部,其接受因该激励光而从该锭产生的荧光并生成电信号,该电信号仅示出红外线区域的波长的光的光子数。
2.根据权利要求1所述的检测装置,其中,
该检测装置还具有滤光器,该滤光器配设在该锭与该受光部之间的该荧光的光路上,
该滤光器包含仅使红外线透过的IR滤光器。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置,其中,
该检测装置还具有存储部,该存储部将与该保持面平行的坐标平面上的表示该锭的正面所包含的多个区域的多个坐标中的各个坐标分别与对该多个区域中的各个区域分别照射了该激励光时该受光部所接受的该红外线区域的波长的光的光子数关联起来而进行存储。
4.根据权利要求3所述的检测装置,其中,
该检测装置还具有处理部,该处理部根据该存储部中关联地存储的该多个坐标中的各个坐标和该红外线区域的波长的光的光子数,使显示单元显示与该锭的正面对应且确定了杂质浓度不同的区域的图像。
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