CN207487859U - 一种集成式芯片应力检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成式芯片应力检测设备，所述检测设备包括上光路装置、下光路装置和控制器，所述上光路装置包括上光路集成箱和上光路光机电组件，所述上光路光机电组件包括固定在上光路集成箱内的图像采集器、位于图像采集器中间的旋转台以及与旋转台连接的驱动器；所述下光路装置包括下光路集成箱、下光路光机电组件以及升降立柱，所述下光路光机电组件包括连接在下光路集成箱上的载物台和安装在下光路集成箱内的光源发射器，所述升降立柱的一侧上滑动连接有电机驱动的高度调节板，所述上光路集成箱安装在高度调节板上，所述控制器分别与高度调节板和载物台的驱动电机连接。本实用新型利用相应的软件精准控制，确保设备检测的精准。

Description

一种集成式芯片应力检测设备

技术领域

本实用新型涉及应力检测的技术领域，具体涉及一种集成式芯片应力检测设备。

背景技术

在半导体制造和封装过程中，不同的材质被集成在一起，由于彼此间存在热膨胀系数的差异，随着环境温度的变化甚至系统本身的开关，芯片内部会产生较为严重的热应力。热应力不仅会导致脆性硅基芯片的开裂，也会由于硅材料的压阻效应而影响其电性能，所以芯片制造商通常避免在热应力较大的地方布置电路。同样的问题也存在于基于硅基的微机电器件和光伏电池板等器件中。因此，无论从改善产品可靠性角度还是产品失效分析角度，都需要有效的应力监测手段，且具有能在产品的生产过程中实时监测的功能，以便及时发现问题，避免不必要的人力物力的浪费。

目前半导体产业中对硅片的应力检测多以Stoney法、微拉曼光谱法以及X射线/同步X射线衍射法为主，但效果不佳，于是利用硅可透红外光且具有应力双折射的特性，对红外光弹法的应力测试技术进行了研究，同以上几种主流测应力的方法相比，红外光弹法则具有了全场和实时测量、能反应材料内部应力的优点。

但硅的应力光学系数较低，该应力测试法的灵敏度和分辨率容易受到影响，导致检测效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成式芯片应力检测设备，用以解决现有红外光弹法检测应力时其灵敏度和分辨率不足的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为提供一种集成式芯片应力检测设备，所述检测设备包括上光路装置、下光路装置和控制器，所述上光路装置包括上光路集成箱和安装在上光路集成箱内的上光路光机电组件，所述上光路光机电组件包括固定在上光路集成箱内的图像采集器、设置于图像采集器中部的旋转台组以及与旋转台组连接的驱动器；所述下光路装置包括下光路集成箱、下光路光机电组件以及升降立柱，所述下光路光机电组件包括连接在下光路集成箱上的二维扫描载物台和安装在下光路集成箱内的光源发射器，所述升降立柱的一侧上滑动连接有电机驱动的高度调节板，所述上光路集成箱连接在高度调节板上，所述控制器分别与高度调节板和二维扫描载物台上的驱动电机连接。

优选的，所述图像采集器包括安装在上光路集成箱底部的显微镜物镜、固定在上光路集成箱内的显微镜体以及安装在显微镜体上端的红外相机，所述显微镜物镜安装在显微镜体的正下方，且显微镜物镜的成像区域小于显微镜体的集像区域，所述旋转台组安装在显微镜体和显微镜物镜之间。

优选的，所述显微镜物镜为可拆卸的长焦物镜。

优选的，所述旋转台组包括连接在显微镜体下端的第一步进旋转台和设置在第一步进旋转台下方的第二步进旋转台，所述第二步进旋转台安装在上光路集成箱的内底面上，并在所述第二步进旋转台上安装有第一1/4波片，所述第一步进旋转台上安装有检偏片，且所述第一1/4波片和检偏片均为工作波长在红外区域的光学器件。

优选的，所述光源发射器包括固定在下光路集成箱内底面上的光源盒、固定在光源盒内的发光件以及安装在光源盒顶部的固定件，所述固定件围设在光源盒的光源出口处，且固定件内由上至下依次安装有第二 1/4波片和起偏片，所述第二1/4波片和起偏片的两侧均转动连接在固定件的内壁上。

优选的，所述发光件为溴钨灯。

优选的，所述起偏片和发光件之间安装有匀化片。

优选的，所述起偏片和第二1/4波片分别为工作波长在红外区域的光学器件。

优选的，所述检测设备中的光学元件的有效涵盖波长范围均为 1150-1200nm。

优选的，所述控制器内置有控制电路，且控制器上安装有单一的摇杆。

本实用新型方法具有如下优点：

(1)本实用新型的检测设备结合六步相移法将各个光学元件集成在一个设备里，将上下光路独立设置，并分别进行调试，利用相应的软件驱动高精度步进电机对需要进行旋转的光学元件进行控制，确保其位置的精确控制，实现了应力的自动测量并极大地提高了测量效率；

(2)本实用新型的检测设备通过单一手柄操作控制系统，使其能够分别控制二维扫描载物台和上光路集成箱的运动方向和位置，方便调节物像的清晰度和成像位置。

附图说明

图1是本实用新型的应力检测设备的整体结构示意图。

图2是本实用新型的应力检测设备的内部结构示意图。

图3是本实用新型的应力检测设备的步进旋转台的结构示意图。

图4是本实用新型的应力检测设备的光源发射器的结构示意图。

图中，1、上光路装置；11、上光路集成箱；12、上光路光机电组件； 121、图像采集器；1211、显微镜物镜；1212、显微镜体；1213、红外相机；122、旋转台组；1221、第一步进旋转台；1222、第二步进旋转台； 123、驱动器；2、下光路装置；21、下光路集成箱；22、下光路光机电组件；221、二维扫描载物台；222、光源发射器；2221、光源盒；2222、发光件；2223、固定件；23、升降立柱；231、高度调节板；3、控制器； 31、摇杆；4、第一1/4波片；5、检偏片；6、第二1/4波片；7、起偏片。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种集成式芯片应力检测设备，包括上光路装置1、下光路装置2和控制器3，上光路装置1包括上光路集成箱11和上光路光机电组件12，上光路光机电组件12包括固定在上光路集成箱11内的图像采集器121、设置于图像采集器121中部的旋转台组122以及与旋转台组122连接的驱动器123，为了提高精度，驱动器123选为高精度步进驱动器。下光路装置2包括下光路集成箱21、下光路光机电组件22以及升降立柱23，下光路光机电组件22包括连接在下光路集成箱21上的二维扫描载物台221和安装在下光路集成箱21 内的光源发射器222，所述升降立柱23的一侧上滑动连接有电机驱动的高度调节板231，所述上光路集成箱11连接在高度调节板231上，所述控制器3分别与高度调节板231和二维扫描载物台221上的驱动电机连接。

如上所述，在上光路装置1中，图像采集器121包括安装在上光路集成箱11底部的显微镜物镜1211、固定在上光路集成箱11内的显微镜体1212以及安装在显微镜体1212上端的红外相机1213，为了提高检测设备的精准度，红外相机1213选为红外CCD相机，显微镜物镜1211安装在显微镜体1212的正下方，且显微镜物镜1211的成像区域小于显微镜体1212的集像区域，为了方便拆卸，显微镜物镜1211为可拆卸式且可更换的长焦物镜，利用不同焦距的显微镜物镜1211可以实现镜头焦距、光圈等参数的调节功能，满足更多的测量要求。

旋转台组122包括连接在显微镜体1212下端的第一步进旋转台1221 和设置在在第一步进旋转台1221下方的第二步进旋转台1222，第二步进旋转台1222安装在上光路集成箱11的内底面上，两个步进旋转台均由高精度步进电机控制，当设备连接到电脑时，通过配套的算法软件由PC 控制角度，利用驱动器123分别驱动两个步进旋转台能够根据软件算法旋转至六个不同的位置，此时在第二步进旋转台1222上安装有第一1/4 波片4，在第一步进旋转台1221上安装有检偏片5，且第一1/4波片4 和检偏片5均为工作波长在红外区域的光学器件，通过红外相机1213同步采集图像。

在下光路装置2中，光源发射器222包括固定在下光路集成箱21内底面上的光源盒2221、固定在光源盒2221内的发光件2222以及安装在光源盒2221顶部的固定件2223，光源盒2221顶部在发光件2222的正上方设有光线出口，固定件2223围设在光源盒2221的光线出口处，且固定件2223内由上至下依次安装有第二1/4波片6和起偏片7，将第二1/4 波片6和起偏片7的两侧均转动连接在固定件2223的内壁上，并使第二 1/4波片6和起偏片7在一定角度范围内可调，在起偏片7和发光件2222 之间还安装有匀化片8。因为波长在1150nm以上的红外光可以透过硅材料，所以发光件2222选为宽频的波长为400nm-2500nm的溴钨灯，起偏片7和第二1/4波片6分别为工作波长在红外区域的光学器件，且检测设备中的光学元件的有效波长范围均涵盖1150-1200nm。

控制器3上安装有单一的摇杆31，并通过电缆连接线分别与高度调节板231和二维扫描载物台22的连接，利用控制器3内置的控制电路，通过摇杆31分别控制上光路集成箱11和二维扫描载物台22的运动方向和位置。为了便于将检测的结果上传到终端，上光路集成箱11上带有电源接口和连接终端的USB接口，通过将各个光学元件集成在一个设备里，将上下光路独立设置，并分别进行调试，利用相应的软件驱动高精度步进驱动器对需要进行旋转的光学元件进行控制，能够提高应力测试时的灵敏度和分辨率。

具体操作过程：先打开检测设备的电源，并将检测设备通过网线与 PC终端连接，然后将待检测的半导体芯片放置在二维扫描载物台22上，打开发光件2222，此时发光件2222的光线穿过起偏镜7和第二1/4波片 6映射到载物台22上待测的半导体上，并透射出半导体的内部结构，红外相机1213通过显微镜物镜1211和显微镜体1212的成像收集图像并上传至PC终端。操控摇杆31分别控制集成箱11沿Z轴移动和载物台22 沿XY轴移动，调好焦距并选好检测位置，通过PC终端的配套软件输送指令给驱动器123，由驱动器123控制两个步进旋转台转动至六个特定的角度，采集六幅图像并通过PC终端对六幅图像进行计算，得出测试结果。

本实用新型的检测设备结合六步相移法将各个光学元件集成在一个设备里，将上下光路独立设置，并分别进行调试，利用相应的软件驱动高精度步进驱动器对需要进行旋转的光学元件进行控制，然后自动采集图像并进行计算，实现了芯片应力的自动测量并极大地提高了测量效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，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，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述检测设备包括上光路装置(1)、下光路装置(2)和控制器(3)，所述上光路装置(1)包括上光路集成箱(11)和安装在上光路集成箱(11)内的上光路光机电组件(12)，所述上光路光机电组件(12)包括固定在上光路集成箱(11)内的图像采集器(121)、设置于图像采集器(121)中部的旋转台组(122)以及与旋转台组(122)连接的驱动器(123)；

所述下光路装置(2)包括下光路集成箱(21)、下光路光机电组件(22)以及升降立柱(23)，所述下光路光机电组件(22)包括连接在下光路集成箱(21)上的二维扫描载物台(221)和安装在下光路集成箱(21)内的光源发射器(222)，所述升降立柱(23)的一侧上滑动连接有电机驱动的高度调节板(231)，所述上光路集成箱(11)连接在高度调节板(231)上，所述控制器(3)分别与高度调节板(231)和二维扫描载物台(221)上的驱动电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述图像采集器(121)包括安装在上光路集成箱(11)底部的显微镜物镜(1211)、固定在上光路集成箱(11)内的显微镜体(1212)以及安装在显微镜体(1212)上端的红外相机(1213)，所述显微镜物镜(1211)安装在显微镜体(1212)的正下方，且显微镜物镜(1211)的成像区域小于显微镜体(1212)的集像区域，所述旋转台组(122)安装在显微镜体(1212)和显微镜物镜(1211)之间。

3.根据权利要求2所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述显微镜物镜(1211)为可拆卸的长焦物镜。

4.根据权利要求2所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述旋转台组(122)包括连接在显微镜体(1212)下端的第一步进旋转台(1221)和设置在第一步进旋转台(1221)下方的第二步进旋转台(1222)，所述第二步进旋转台(1222)安装在上光路集成箱(11) 的内底面上，且第二步进旋转台(1222)上安装有第一1/4波片(4)，所述第一步进旋转台(1221)上安装有检偏片(5)，且所述第一1/4波片(4)和检偏片(5)均为工作波长在红外区域的光学器件。

5.根据权利要求1所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述光源发射器(222)包括固定在下光路集成箱(21)内底面上的光源盒(2221)、固定在光源盒(2221)内的发光件(2222)以及安装在光源盒(2221)顶部的固定件(2223)，所述固定件(2223)围设在光源盒(2221)的光源出口处，且固定件(2223)内由上至下依次安装有第二1/4波片(6)和起偏片(7)，所述第二1/4波片(6)和起偏片(7)的两侧均转动连接在固定件(2223)的内壁上。

6.根据权利要求5所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述发光件(2222)为溴钨灯。

7.根据权利要求5所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述起偏片(7)和发光件(2222)之间安装有匀化片(8)。

8.根据权利要求5所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述起偏片(7)和第二1/4波片(6)分别为工作波长在红外区域的光学器件。

9.根据权利要求1所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述检测设备中的光学元件的有效涵盖波长范围均为1150-1200nm。

10.根据权利要求1所述的一种集成式芯片应力检测设备，其特征在于：所述控制器(3)内置有控制电路，且控制器(3)上安装有单一的摇杆(32)。