CN115684196A - 一种碳化硅包裹物检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种碳化硅包裹物检测装置及检测方法，检测装置包括上检测机组和下检测机组。上检测机组包括灯光光源A和光电传感器A，所述光电传感器A设置在灯光光源A的上方。下检测机组包括灯光光源B和光电传感器B，光电传感器B设置在灯光光源B的下方。在灯光光源A和灯光光源B之间形成供碳化硅晶片水平放置的间隙，且灯光光源A和灯光光源B的光照方向均朝向碳化硅晶片。所述检测方法包括灯光光源A和灯光光源B为无色光源或不同颜色光源的两种方式，通过对同一点位自动同步采集晶片上的图影信息，综合分析来区分开表面瑕疵和晶体内部瑕疵。本发明通过光学结构采集多张图片信息，有效提升了包裹物检测的精度和速度。

Description

一种碳化硅包裹物检测装置及检测方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体材料衬底片检测技术领域，具体涉及一种碳化硅包裹物检测装置及检测方法。

背景技术

目前碳化硅衬底片晶体材料会在生长过程中产生包裹物瑕疵，从而影响到外延生长和器件良率。由于包裹物存在于晶片内部，所以传统的表面瑕疵检测仪器不能很有效的检测到包裹物，对于包裹物的检测手段相对比较有限。目前常用的方法包括强光灯观测法和显微镜观测法：(1)强光灯观测法：通过强光灯照射，观察晶片，通常包裹物出现区域呈现出雾状亮斑区域。但是对于这种方法，通常只能相对定性地进行判断，无法给出精确的定量分析，包括包裹物数量，密度等等；(2)显微镜观测法：通过显微镜观察晶片，为了区分晶片表面的瑕疵或污染，和内部的包裹物，通常操作显微镜从晶片表面逐步对焦到晶片内部，观察小黑斑(或者案场模式下呈现为小亮斑)杂质瑕疵进行包裹物的检测。但是由于需要不停的对焦到晶体内部，检测效率比较低。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种碳化硅包裹物检测装置及检测方法，以解决现有技术中传统的表面瑕疵检测仪器不能很有效的检测到包裹物的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种碳化硅包裹物检测装置，包括：

上检测机组，所述上检测机组包括灯光光源A和光电传感器A，所述光电传感器A设置在灯光光源A的上方；

下检测机组，所述下检测机组包括灯光光源B和光电传感器B，所述光电传感器B设置在灯光光源B的下方；

其中，所述下检测机组设置在上检测机组的下方，并在灯光光源A和灯光光源B之间形成供碳化硅晶片水平放置的间隙，且灯光光源A和灯光光源B的光照方向均朝向碳化硅晶片。

进一步地，所述灯光光源A和灯光光源B为不同颜色的光源，分别在光电传感器A和光电传感器B上设有第一滤光片，以第一滤光片供灯光光源B的颜色光通过，另在灯光光源A的上方设有光电传感器C，以及在灯光光源B的下方设有光电传感器D，分别在光电传感器C和光电传感器D上设有第二滤光片，以第二滤光片供灯光光源A的颜色光通过。

进一步地，所述光电传感器A和光电传感器C之间，以及光电传感器B和光电传感器D之间分别设有分光镜。

进一步地，所述光电传感器A和光电传感器B的采集光方向均朝向碳化硅晶片，其中，光电传感器A和光电传感器C的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器A和光电传感器C之间的分光镜呈角度倾斜设置，光电传感器B和光电传感器D的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器B和光电传感器D之间的分光镜呈角度倾斜设置。

进一步地，所述分光镜呈45度角设置，以分光镜的一面朝向带第一滤光片的光电传感器，且分光镜的另一面朝向带第二滤光片的光电传感器。

进一步地，光电传感器为相机，且灯光光源与光电传感器的位置为：

灯光光源位于光电传感器的采集视角范围内，以构成明场照射方式；

或灯光光源位于光电传感器的采集视角范围外，以构成暗场照射方式；

或于光电传感器的采集视角范围内和采集视角范围外分别设置有灯光光源，以构成明场和暗场结合的照射方式。

根据本发明实施例的第二方面，一种检测方法，采用本实施例所述的碳化硅包裹物检测装置，应用于灯光光源A和灯光光源B均为无颜色光源，所述检测方法包括：

S1、灯光光源A打开，灯光光源B关闭，由光电传感器A获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源反射图，并由光电传感器B同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源投射图；

S2、灯光光源A关闭，灯光光源B打开，由光电传感器A获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源投射图，并由光电传感器B同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源反射图；

S3、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片上同一点位的光电传感器A反射图、光电传感器A投射图、光电传感器B反射图以及光电传感器B投射图的综合分析，区分碳化硅晶片的表面瑕疵和内部包裹物。

进一步地，所述检测方法还包括：在步骤S3的分析中；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图分别出现一浅一深的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片内部存在包裹物；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图均出现深色的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片上表面存在表面瑕疵；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图分别出现一浅一深的黑斑的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图均出现深色的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片下表面存在表面瑕疵。

根据本发明实施例的第三方面，一种检测方法，采用本实施例所述的碳化硅包裹物检测装置，应用于灯光光源A和灯光光源B为不同颜色的光源，所述检测方法包括：

S1、不同颜色的灯光光源A和灯光光源B同时打开；

由光电传感器C获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源A反射图；

由光电传感器A同步获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源B投射图；

由光电传感器D同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源A投射图；

由光电传感器B同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源B反射图；

S2、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片上同一点位的灯光光源A反射图、灯光光源B投射图、灯光光源A投射图以及灯光光源B反射图的综合分析，区分碳化硅晶片的表面瑕疵和内部包裹物。

进一步地，所述检测方法还包括：在步骤S2的分析中；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片内部存在包裹物；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图均出现深色的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片上表面存在表面瑕疵；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图均出现深色的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片下表面存在表面瑕疵。

本发明实施例具有如下优点：利用光在穿越碳化硅晶片与空气临界面时存在的光损失，因此存在于晶片表面和晶片内部的瑕疵对于同一方向进来的光反射/散射传递回光电传感器(如相机)会产生明暗的差别，通过对同一点位自动同步采集晶片上方传感器的反射图，晶片上方传感器的投射图，晶片下方传感器的反射图，晶片下方传感器的投射图，综合分析来区分开表面瑕疵和晶体内部瑕疵，通过光学结构采集多张图片信息来替代显微镜需要聚焦至晶体中部检测的动作，提升了包裹物检测的精度和速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种碳化硅包裹物检测装置的检测方式一的结构示意图；

图2为图一中检测方式拍下的四张图影信息示意图；

图3为本发明实施例提供的一种碳化硅包裹物检测装置的检测方式二的结构示意图；

图4为图3中检测方式拍下的四张图影信息示意图。

图中：1、灯光光源A；2、光电传感器A；21、第一滤光片；3、灯光光源B；4、光电传感器B；5、碳化硅晶片；6、光电传感器C；61、第二滤光片；7、光电传感器；8、分光镜。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供一种碳化硅包裹物检测装置，包括上检测机组和下检测机组，具体设置如下：

上检测机组包括灯光光源A1和光电传感器A2，光电传感器A2设置在灯光光源A1的上方。下检测机组包括灯光光源B3和光电传感器B4，光电传感器B4设置在灯光光源B3的下方。将下检测机组设置在上检测机组的下方，并在灯光光源A1和灯光光源B3之间形成供碳化硅晶片5水平放置的间隙，且灯光光源A1和灯光光源B3的光照方向均朝向碳化硅晶片5。其中，光电传感器可优选为相机，且灯光光源与光电传感器的位置为：

灯光光源位于光电传感器的采集视角范围内，以构成明场照射方式；

或灯光光源位于光电传感器的采集视角范围外，以构成暗场照射方式；

或于光电传感器的采集视角范围内和采集视角范围外分别设置有灯光光源，以构成明场和暗场结合的照射方式。

该装置的运行原理是：利用光在穿越碳化硅晶片5与空气临界面时存在的光损失，因此存在于晶片表面和晶片内部的瑕疵对于同一方向进来的光反射/散射传递回光电传感器(如相机)会产生明暗的差别，通过对同一点位自动同步采集晶片上方传感器的反射图，晶片上方传感器的投射图，晶片下方传感器的反射图，晶片下方传感器的投射图，综合分析来区分开表面瑕疵和晶体内部瑕疵，提升对包裹物的检测精度和速度。

利用上述检测装置进行碳化硅包裹物的检测，包括两种检测方式：

方式一：结合图2所示，灯光光源A1和灯光光源B3均为无颜色光源。通过将灯光光源A1打开，灯光光源B3关闭，由光电传感器A2拍下第一张图，光电传感器B4同步拍下第三张图；再将灯光光源A1关闭，灯光光源B3打开，并光电传感器A2拍下第二张图，光电传感器B4同步拍下第四张图。通过相机成像系统记录同一点位四张图像上黑斑的深浅程度，以进行联合的判断，从而得出被测区域是否有包裹物的结论。

基于检测的方式一，本发明实施例提供一种检测方法，包括：

S1、灯光光源A1打开，灯光光源B3关闭，由光电传感器A2获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的光源反射图，并由光电传感器B4同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的光源投射图；

S2、灯光光源A1关闭，灯光光源B3打开，由光电传感器A2获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的光源投射图，并由光电传感器B4同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的光源反射图；

S3、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片5上同一点位的光电传感器A2反射图、光电传感器A2投射图、光电传感器B4反射图以及光电传感器B4投射图的综合分析，区分碳化硅晶片5的表面瑕疵和内部包裹物。

其中，在步骤S3的分析中；

若光电传感器A2反射图和光电传感器A2投射图分别出现一浅一深的黑斑，以及光电传感器B4反射图和光电传感器B4投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片5内部存在包裹物；

若光电传感器A2反射图和光电传感器A2投射图均出现深色的黑斑，以及光电传感器B4反射图和光电传感器B4投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片5上表面存在表面瑕疵；

若光电传感器A2反射图和光电传感器A2投射图分别出现一浅一深的黑斑的黑斑，以及光电传感器B4反射图和光电传感器B4投射图均出现深色的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片5下表面存在表面瑕疵。

方式二：如图3所示，灯光光源A1和灯光光源B3为不同颜色的光源，且本实施优选为：灯光光源A1为蓝色光，灯光光源B3为红色光。分别在光电传感器A2和光电传感器B4上设有第一滤光片21，以第一滤光片21供灯光光源B3的颜色光通过，另在灯光光源A1的上方设有光电传感器C6，以及在灯光光源B3的下方设有光电传感器D7，分别在光电传感器C6和光电传感器D7上设有第二滤光片61，以第二滤光片61供灯光光源A1的颜色光通过。

如上所述，在光电传感器A1和光电传感器C6之间，以及光电传感器B4和光电传感器D7之间分别设有分光镜8。其中，光电传感器A2和光电传感器B4的采集光方向均朝向碳化硅晶片5。令光电传感器A2和光电传感器C6的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器A2和光电传感器C6之间的分光镜8呈角度倾斜设置；并令光电传感器B4和光电传感器D7的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器B4和光电传感器D7之间的分光镜8呈角度倾斜设置。优选的，分光镜8呈45度角设置，以分光镜8的一面朝向带第一滤光片21的光电传感器，使分光镜8将灯光光源A1的颜色光导向至光电传感器A2或光电传感器B4，且分光镜8的另一面朝向带第二滤光片61的光电传感器，使分光镜8将灯光光源B3的颜色光导向至光电传感器C6或光电传感器D7。当光电传感器为相机时，滤光片安装于相机的镜头上。

结合图4所示，此时，将不同颜色的灯光光源A1和灯光光源B3同时打开，并由带不同滤光片的光电传感器A/B/C/D分别同步拍下4张图，通过相机成像系统记录同一点位四张图像上不同颜色斑的深浅程度，以进行联合的判断，从而得出被测区域是否有包裹物的结论。检测的方式二因为不需要对灯光光源A1和灯光光源B3进行交替开关来采集图片，可以进一步提升速度。其中，上述描述的红/蓝色光源及滤光片为示例，实际设备可以使用多种不同的颜色组合，只要确保有两种不同颜色的光，及相应光源和滤光片对应即可。

基于检测的方式二，本发明实施例提供一种检测方法，包括：

S1、不同颜色的灯光光源A1和灯光光源B3同时打开；

由光电传感器C6获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的灯光光源A1反射图；

由光电传感器A2同步获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的灯光光源B3投射图；

由光电传感器D7同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的灯光光源A1投射图；

由光电传感器B4同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片5上照射点位的灯光光源B3反射图；

S2、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片5上同一点位的灯光光源A1反射图、灯光光源B3投射图、灯光光源A1投射图以及灯光光源B3反射图的综合分析，区分碳化硅晶片5的表面瑕疵和内部包裹物。

其中，在步骤S2的分析中；

若灯光光源A1反射图和灯光光源A1投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B3反射图和灯光光源B3投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片5内部存在包裹物；

若灯光光源A1反射图和灯光光源A1投射图均出现深色的颜色斑，以及灯光光源B3反射图和灯光光源B3投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片5上表面存在表面瑕疵；

若灯光光源A1反射图和灯光光源A1投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B3反射图和灯光光源B3投射图均出现深色的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片5下表面存在表面瑕疵。

本发明通过光学结构采集多张图片信息来替代显微镜需要聚焦至晶体中部检测的动作，有效提升了包裹物检测的精度和速度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于，所述碳化硅包裹物检测装置包括：

上检测机组，所述上检测机组包括灯光光源A和光电传感器A，所述光电传感器A设置在灯光光源A的上方；

下检测机组，所述下检测机组包括灯光光源B和光电传感器B，所述光电传感器B设置在灯光光源B的下方；

其中，所述下检测机组设置在上检测机组的下方，并在灯光光源A和灯光光源B之间形成供碳化硅晶片水平放置的间隙，且灯光光源A和灯光光源B的光照方向均朝向碳化硅晶片。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于：所述灯光光源A和灯光光源B为不同颜色的光源，分别在光电传感器A和光电传感器B上设有第一滤光片，以第一滤光片供灯光光源B的颜色光通过，另在灯光光源A的上方设有光电传感器C，以及在灯光光源B的下方设有光电传感器D，分别在光电传感器C和光电传感器D上设有第二滤光片，以第二滤光片供灯光光源A的颜色光通过。

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于：所述光电传感器A和光电传感器C之间，以及光电传感器B和光电传感器D之间分别设有分光镜。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于：所述光电传感器A和光电传感器B的采集光方向均朝向碳化硅晶片，其中，光电传感器A和光电传感器C的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器A和光电传感器C之间的分光镜呈角度倾斜设置，光电传感器B和光电传感器D的采集光方向呈垂直设置，且光电传感器B和光电传感器D之间的分光镜呈角度倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于：所述分光镜呈45度角设置，以分光镜的一面朝向带第一滤光片的光电传感器，且分光镜的另一面朝向带第二滤光片的光电传感器。

6.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅包裹物检测装置，其特征在于：光电传感器为相机，且灯光光源与光电传感器的位置为：

灯光光源位于光电传感器的采集视角范围内，以构成明场照射方式；

或灯光光源位于光电传感器的采集视角范围外，以构成暗场照射方式；

或于光电传感器的采集视角范围内和采集视角范围外分别设置有灯光光源，以构成明场和暗场结合的照射方式。

7.一种检测方法，采用权利要求1所述的碳化硅包裹物检测装置，其特征在于，应用于灯光光源A和灯光光源B均为无颜色光源，所述检测方法包括：

S1、灯光光源A打开，灯光光源B关闭，由光电传感器A获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源反射图，并由光电传感器B同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源投射图；

S2、灯光光源A关闭，灯光光源B打开，由光电传感器A获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源投射图，并由光电传感器B同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的光源反射图；

S3、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片上同一点位的光电传感器A反射图、光电传感器A投射图、光电传感器B反射图以及光电传感器B投射图的综合分析，区分碳化硅晶片的表面瑕疵和内部包裹物。

8.根据权利要求7所述的一种检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：在步骤S3的分析中；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图分别出现一浅一深的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片内部存在包裹物；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图均出现深色的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图分别出现一浅一深的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片上表面存在表面瑕疵；

若光电传感器A反射图和光电传感器A投射图分别出现一浅一深的黑斑的黑斑，以及光电传感器B反射图和光电传感器B投射图均出现深色的黑斑，则判断此点位于碳化硅晶片下表面存在表面瑕疵。

9.一种检测方法，采用权利要求2-6任意一项所述的碳化硅包裹物检测装置，其特征在于，所述检测方法包括：

S1、不同颜色的灯光光源A和灯光光源B同时打开；

由光电传感器C获取第一张图影信息，第一张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源A反射图；

由光电传感器A同步获取第二张图影信息，第二张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源B投射图；

由光电传感器D同步获取第三张图影信息，第三张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源A投射图；

由光电传感器B同步获取第四张图影信息，第四张图影信息为碳化硅晶片上照射点位的灯光光源B反射图；

S2、根据获取的四张图影信息，通过对张碳化硅晶片上同一点位的灯光光源A反射图、灯光光源B投射图、灯光光源A投射图以及灯光光源B反射图的综合分析，区分碳化硅晶片的表面瑕疵和内部包裹物。

10.根据权利要求9所述的一种检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：在步骤S2的分析中；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片内部存在包裹物；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图均出现深色的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图分别出现一浅一深的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片上表面存在表面瑕疵；

若灯光光源A反射图和灯光光源A投射图分别出现一浅一深的颜色斑，以及灯光光源B反射图和灯光光源B投射图均出现深色的颜色斑，则判断此点位于碳化硅晶片下表面存在表面瑕疵。

Images