Устройство контроля качества очистки поверхности кремниевых пластин

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для контроля качества очистки поверхности кремниевых пластин, используемых при изготовлении силовых полупроводниковых приборов, после операции механической обработки.
Известно устройство контроля, содержащее источник света, на который устанавливают спектральный фильтр и с помощью фиксатора фиксируют положение источника света по высоте и углу наклона таким образом, чтобы каждая контролируемая поверхность освещалась косонаправленным пучком света, имеющим цветовую окраску (см. патент РФ №2621469, МПК G01B 11/30, G01N 21/01, опубл. 2017 г.)
К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность получения информации о природе имеющихся загрязнений и их распределении по поверхности исследуемой кремниевой пластины.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для определения спектральной зависимости коэффициента диффузного отражения, включающее спектрофотометр СФ-46, кюветное отделение которого оснащено светонепроницаемой камерой с фотоумножителем, обеспечивающей геометрию измерения 45/0, апертурную диафрагму, создающую стандартные условия наблюдения, и корригирующий светофильтр, отсекающий энергию в полосе люминесценции, (см. патент на полезную модель РФ №112426, МПК G01N 21/47, опубл. 2012 г.)
Недостатком этого устройства является невозможность с его помощью получить информацию о распределении каждого вида загрязнения по поверхности исследуемых кремниевых пластин, а следовательно, идентифицировать источник загрязнения в производственной линии.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в обеспечении быстродействующего неразрушающего контроля качества очистки поверхности кремниевых пластин после операций механической обработки с высоким пространственным разрешением, высокой надежностью и чувствительностью, позволяющего идентифицировать вид загрязнения и его распределение по поверхности кремниевой пластины.
Это достигается тем, что устройство контроля качества очистки поверхности кремниевых пластин, включающее светонепроницаемую камеру, обеспечивающую геометрию измерения 45/0, источник излучения, апертурную диафрагму, обеспечивающую стандартные условия наблюдения, и корригирующий светофильтр, согласно полезной модели, дополнительно содержит коллиматор излучения для получения пучка параллельных лучей, установленный между корригирующим светофильтром и светонепроницаемой камерой, и быстродействующий прибор с зарядовой связью для обеспечения спектральной визуализации фотолюминесценции.
Технический результат состоит в том, что предлагаемое устройство позволяет идентифицировать вид загрязнения и его распределение по поверхности кремниевой пластины.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
На фиг. 1 представлена схема устройства контроля качества очистки поверхности кремниевых пластин; на фиг. 2 - вид поверхности кремниевых пластин с органическими загрязнениями.
Устройство (фиг. 1) представляет собой светонепроницаемую измерительную камеру, обеспечивающую геометрию измерения 45/0 и содержащую корпус 1 с зачерненными внутри стенками, источник 2 излучения, коллиматор 3 излучения и корригирующий светофильтр 4. На основании корпуса 1 светонепроницаемой камеры сориентированного под углом 45° к параллельному пучку лучей источника 2 с помощью адаптера 5, позволяющего закреплять образцы разного диаметра, крепится исследуемая кремниевая пластина 6. Крышка 7 служит для обеспечения светонепроницаемости измерительной камеры. В стенку корпуса 1, противолежащую исследуемой кремниевой пластине 6, вмонтирован тубус 8, содержащий апертурную диафрагму 9 и быстродействующий прибор с зарядовой связью (ПЗС) 10, соединенный с блоком обработки полученной информации (на фиг. 1 не показан) и предназначенный для обеспечения спектральной визуализации фотолюминесценции. В качестве источника излучения может быть использован, например, ультрафиолетовый светодиод марки 3838 rzxled 275 нм. В качестве корригирующего светофильтра может быть использован стеклянный абсорбционный светофильтр БС-3.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемую кремниевую пластину 6 помещают в корпус 1 измерительной камеры и адаптером 5 фиксируют пластину 6 под углом 45° к параллельному пучку лучей от источника 2. Пучок лучей, выходящий из коллиматора 3, диффузно отражается от поверхности исследуемой пластины 6 и после прохождения апертурной диафрагмы 9, создающей стандартные условия наблюдения, поступает на быстродействующую ПЗС-камеру 10, визуализирующую результаты исследования и передающую на блок обработки полученную информацию.
Использование быстродействующей ПЗС-камеры, помимо спектральной визуализации фотолюминесценции, дает информацию о распределении каждого вида загрязнений по поверхности исследуемых кремниевых пластин. Использование корригирующих светофильтров, осуществляющих селекцию энергии источника излучения в полосе возбуждения люминесценции конкретного вида загрязнений, позволяет идентифицировать вид загрязнения. Это в совокупности позволяет установить источники загрязнений в производственной линии.
Для контроля были подготовлены кремниевые пластины с предварительно нанесенными на их поверхность органическими загрязнениями: подсолнечное масло 11; оливковое масло 12 (фиг. 2).
Пример 1.
При отсутствии корригирующего светофильтра (фиг. 2а) оба пятна загрязнения 11 и 12 имеют яркую фотолюминесценцию в интервале длин волн λ 430-450 нм. Это позволяет установить распределение каждого вида загрязнений по поверхности исследуемых пластин, но не позволяет осуществить идентификацию вида загрязнения.
Пример 2.
При использовании в качестве корригирующего светофильтра стеклянного абсорбционного светофильтра БС-3 (фиг. 2б), полностью поглощающего излучение при длине волны λ <270 нм (коэффициент пропускания τ=0,5 при длине волны λ ≈ 300 нм), интенсивность флуоресценции оливкового масла при длине волны λ ≈ 430-450 нм существенно снижалась. Это позволяет отличить один вид загрязнения от другого.