CN209303917U - 用于探测晶圆表面起伏的测量装置及激光隐形切割系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于探测晶圆表面起伏的测量装置及一种激光隐形切割系统，测量装置包括一显微镜、一聚焦判断单元和一控制单元；显微镜与聚焦判断单元电连接，聚焦判断单元与控制单元电连接，控制单元与载片台动作单元电连接；显微镜设置于待测量晶圆的上方；显微镜能够将得到的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时发送给聚焦判断单元；聚焦判断单元能够实时判断显微镜是否聚焦，并将聚焦判断结果发送给控制单元；控制单元能够实时获得待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度，以及根据聚焦判断结果实时生成载片台动作指令信号，并将其实时发送给载片台动作单元。激光隐形切割系统包括所述测量装置。

Description

用于探测晶圆表面起伏的测量装置及激光隐形切割系统

技术领域

本实用新型属于激光隐形切割技术领域，尤其是涉及一种用于探测晶圆表面起伏的测量装置及激光隐形切割系统。该测量装置利用表面显微聚焦法来探测晶圆表面的起伏信息。

背景技术

新型碳化硅材料具备优良的材料性能，以碳化硅材料为基础的半导体器件正在得到广泛的关注和应用。但是，碳化硅材料所具有的极高的材料硬度(莫氏硬度超过9，仅次于金刚石)也在机械加工方面带来新的挑战。

目前，激光隐形切割逐渐成为碳化硅晶圆加工的主流方法。激光隐形切割的基本原理是：将高功率激光束聚焦于碳化硅晶体表面之下的某设定深度(以下称为“聚焦深度”)处，利用激光束的高能量破坏碳化硅晶体内部该聚焦深度处的晶格结构，使之成为材料结构上的薄弱处；然后再施加机械力量，使得碳化硅晶体沿着其薄弱处劈裂。

一般来说，在一次激光隐形切割中，需要根据碳化硅晶体材料的具体状况设计几个不同的聚焦深度，才能保证之后的机械劈裂能够按照预想的方式顺利完成。如图1所示，Z方向表示碳化硅晶体的深度方向，X方向表示碳化硅晶体的长度方向，在一次激光隐形切割中，一个碳化硅晶体具有例如四个聚焦深度，图1中的每一条双虚线对应一个聚焦深度，且四条双虚线沿着聚焦深度由浅到深的方向(即图1所示的Z方向)的投影位于同一条直线上。如图2所示，图2中Z方向表示碳化硅晶体的深度方向，Y方向表示碳化硅晶体的宽度方向，按照图2所示的方式同时在图1所示双虚线的两侧施加机械力，可以使得碳化硅晶体沿着该双虚线顺利实现劈裂，从而实现碳化硅晶体的线切割。除了图1和图2所示的线切割，激光隐切也可被用于面切割。

目前，碳化硅激光隐形切割的主要问题在于，碳化硅晶体材料的厚度和形状翘曲变化范围较大，激光聚焦处理后碳化硅晶体材料薄弱处的深度也随之变化，这导致后续机械劈裂时碳化硅晶体材料的局部强度和应力不均匀，使得碳化硅晶体材料不能按预想的方式劈裂，最终导致加工工艺失败和不必要的损失。

为了解决上述问题，在激光隐形切割开始之前，需要测量现场的碳化硅晶圆表面起伏高程，该测量可以为激光隐形切割工艺参数的设定提供重要依据。然而，现有技术中还没有专门用于碳化硅晶圆表面起伏高程的测量装置。

现有的激光隐形切割系统通常包括一个高功率激光源和一个用于放置晶圆的载片台。其中，载片台能够沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。载片台通过步进电机、伺服电机或者压电陶瓷的驱动来实现其沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于探测晶圆表面起伏的测量装置以及提供一种激光隐形切割系统。

为解决上述技术问题，实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型提供一种用于探测晶圆表面起伏的测量装置，该测量装置包括一显微镜、一聚焦判断单元和一控制单元；

显微镜与聚焦判断单元电连接，聚焦判断单元与控制单元电连接，控制单元与载片台动作单元电连接；

显微镜设置于待测量晶圆的上方，使得显微镜能够实时对待测量晶圆表面成像，得到待测量晶圆表面的当前位置点的图像；

显微镜能够将得到的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时发送给聚焦判断单元；聚焦判断单元能够根据来自显微镜的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时判断显微镜是否聚焦，并将聚焦判断结果发送给控制单元；控制单元能够实时获得待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度，以及根据来自聚焦判断单元的聚焦判断结果实时生成载片台动作指令信号，并将载片台动作指令信号实时发送给载片台动作单元。

优选地，所述测量装置还包括一载片台动作单元；载片台动作单元与载片台驱动单元电连接，使得载片台动作单元能够控制载片台驱动单元驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动；载片台动作单元能够根据来自控制单元的载片台动作指令信号实时控制载片台驱动单元驱动载片台在Z方向向上或向下移动。

优选地，所述测量装置还包括一个载片台驱动单元；载片台驱动单元与所述载片台动作单元电连接；载片台驱动单元能够在所述载片台动作单元的控制下驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。优选地，所述载片台驱动单元包括步进电机、伺服电机或者压电陶瓷。

本实用新型还提供一种激光隐形切割系统，包括一切割激光源和一用于放置晶圆的载片台，其中，载片台能够在载片台驱动单元的驱动下沿着X、Y、或Z三个方向自由移动，待切割或待测量的碳化硅晶圆置于载片台上，所述激光隐形切割系统还包括所述的用于探测晶圆表面起伏的测量装置。

本实用新型所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本实用新型中的各原料均可通过市售购买获得，本实用新型中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下有益效果：

(1)采用本实用新型提供的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，在激光隐形切割开始之前，能够测量碳化硅晶圆表面的起伏信息，从而可以为激光隐形切割工艺参数的设定提供重要依据。

(2)本实用新型提供的激光隐形切割系统，在现有的激光隐形切割系统中增加设置上述用于探测晶圆表面起伏的测量装置，在激光隐形切割开始之前，能够测量碳化硅晶圆表面的起伏信息，从而可以为激光隐形切割工艺参数的设定提供重要依据，提高激光隐形切割碳化硅晶圆的准确性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有技术中一个具有四个聚焦深度的碳化硅晶体的纵剖面示意图；

图2为现有技术中通过施加机械力量使得图1所示的碳化硅晶体劈裂的示意图，图2中的四个点分别对应图1中的四条双虚线；

图3为本实用新型实施例1提供的用于探测晶圆表面起伏的测量装置的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种用于探测晶圆表面起伏的测量装置，如图3所示，该测量装置包括一个显微镜、一个聚焦判断单元和一个控制单元，且显微镜与聚焦判断单元电连接，聚焦判断单元与控制单元电连接，控制单元与载片台动作单元电连接。

显微镜设置于待测量晶圆的上方，使得显微镜能够实时对待测量晶圆表面成像，得到待测量晶圆表面的当前位置点的图像。显微镜能够将得到的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时发送给聚焦判断单元；聚焦判断单元能够根据来自显微镜的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时判断显微镜是否聚焦(即判断待测量晶圆表面的当前位置点是否正好为位于显微镜下的焦点上)，并将聚焦判断结果发送给控制单元，控制单元能够实时获得待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度，以及根据来自聚焦判断单元的聚焦判断结果实时生成载片台动作指令信号，并将载片台动作指令信号实时发送给载片台动作单元。

在本实施例的一种优选实施方式中，上述测量装置还包括一个载片台动作单元。载片台动作单元与载片台驱动单元(图中未示出)电连接，使得载片台动作单元能够控制载片台驱动单元(图中未示出)驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。载片台动作单元能够根据来自控制单元的载片台动作指令信号实时控制载片台驱动单元(图中未示出)驱动载片台在Z方向向上或向下移动。

在本实施例的一种更优选实施方式中，上述测量装置还包括一个载片台驱动单元(图中未示出)。载片台驱动单元与载片台动作单元电连接。载片台驱动单元能够驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。载片台驱动单元包括步进电机、伺服电机或者压电陶瓷。

本实施例提供的用于探测晶圆表面起伏的测量装置的使用方法为：

测量起始时，显微镜得到待测量晶圆表面的当前位置点的图像，并将其发送给聚焦判断单元；

焦判断单元根据来自显微镜的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时判断显微镜是否聚焦，并将聚焦判断结果发送给控制单元；

控制单元实时获得待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度，以及根据来自聚焦判断单元的聚焦判断结果实时生成载片台动作指令信号，并将载片台动作指令信号实时发送给载片台动作单元；

载片台动作单元根据来自控制单元的载片台动作指令信号实时控制载片台驱动单元驱动载片台在Z方向向上或向下移动；

当显微镜得到的待测量晶圆表面的当前位置点的图像的清晰度最高时(即当显微镜完成聚焦时)，控制单元停止向载片台动作单元发送载片台动作指令信号，且载片台动作单元控制载片台驱动单元停止驱动载片台在Z方向向上或向下移动，此时控制单元获得的待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度标记为待测量晶圆表面当前位置点的高度。

载片台带动待测量晶圆沿着X方向移动，对待测量晶圆表面的沿X方向上每一个位置点重复上述过程，即可获得待测量晶圆表面的沿X方向的所有位置点的高度。

同理，载片台带动待测量晶圆沿着Y方向移动，对待测量晶圆表面的沿Y方向上每一个位置点重复上述过程，即可获得待测量晶圆表面的沿Y方向的所有位置点的高度。

采用本实施例提供的测量装置，在激光隐形切割开始之前，能够测量碳化硅晶圆表面的起伏信息，从而可以为激光隐形切割工艺参数的设定提供重要依据。

实施例2

本实施例提供一种激光隐形切割系统，如图3所示，该激光隐形切割系统包括一个切割激光源(图中未示出)和一个用于放置晶圆的载片台，待切割或待测量的碳化硅晶圆置于载片台。其中，载片台能够在载片台驱动单元(图中未示出)的驱动下沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。

该激光隐形切割系统还包括实施例1的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，即在现有的激光隐形切割系统增加设置实施例1的用于探测晶圆表面起伏的测量装置。

本实施例的激光隐形切割系统，在现有的激光隐形切割系统中增加设置实施例1的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，在激光隐形切割开始之前，能够测量碳化硅晶圆表面的起伏信息，从而可以为激光隐形切割工艺参数的设定提供重要依据，提高激光隐形切割碳化硅晶圆的准确性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (5)

1.用于探测晶圆表面起伏的测量装置，其特征在于，该测量装置包括一显微镜、一聚焦判断单元和一控制单元；

显微镜与聚焦判断单元电连接，聚焦判断单元与控制单元电连接，控制单元与载片台动作单元电连接；

显微镜设置于待测量晶圆的上方，使得显微镜能够实时对待测量晶圆表面成像，得到待测量晶圆表面的当前位置点的图像；

显微镜能够将得到的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时发送给聚焦判断单元；聚焦判断单元能够根据来自显微镜的待测量晶圆表面的当前位置点的图像实时判断显微镜是否聚焦，并将聚焦判断结果发送给控制单元；控制单元能够实时获得待测量晶圆表面的当前位置点在Z方向的高度，以及根据来自聚焦判断单元的聚焦判断结果实时生成载片台动作指令信号，并将载片台动作指令信号实时发送给载片台动作单元。

2.根据权利要求1所述的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括一载片台动作单元；

载片台动作单元与载片台驱动单元电连接，使得载片台动作单元能够控制载片台驱动单元驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动；

载片台动作单元能够根据来自控制单元的载片台动作指令信号实时控制载片台驱动单元驱动载片台在Z方向向上或向下移动。

3.根据权利要求2所述的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括一个载片台驱动单元；

载片台驱动单元与所述载片台动作单元电连接；

载片台驱动单元能够在所述载片台动作单元的控制下驱动载片台沿着X、Y、或Z三个方向自由移动。

4.根据权利要求3所述的用于探测晶圆表面起伏的测量装置，其特征在于，所述载片台驱动单元包括步进电机、伺服电机或者压电陶瓷。

5.激光隐形切割系统，包括一切割激光源和一用于放置晶圆的载片台，其中，载片台能够在载片台驱动单元的驱动下沿着X、Y、或Z三个方向自由移动，待切割或待测量的碳化硅晶圆置于载片台上，其特征在于，

所述激光隐形切割系统还包括如权利要求1-4任一项所述的用于探测晶圆表面起伏的测量装置。