[發(fā)明專利]一種單透鏡型檢測(cè)晶片基底二維形貌和溫度的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410693963.4
• 申請(qǐng)日: 2014-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105698698B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉健鵬;馬鐵中;張立芳;桑云剛;焦宏達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京智朗芯光科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01K11/00
• 代理公司: 11302 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 劉杰

1.一種單透鏡型檢測(cè)晶片基底二維形貌和溫度的裝置，包括單透鏡型檢測(cè)晶片基底二維形貌和溫度的裝置、第二分光元件、和檢測(cè)晶片基底溫度的裝置，

所述單透鏡型檢測(cè)晶片基底二維形貌和溫度的裝置包括5個(gè)PSD，5束激光和第一分光元件，所述5束激光沿直線排布，所述5個(gè)PSD與5束激光一一對(duì)應(yīng)，

所述5束激光經(jīng)過(guò)第一分光元件反射后入射到第二分光元件，經(jīng)過(guò)所述第二分光元件后形成入射光，所述入射光入射到晶片基底上，并在晶片基底上沿徑向形成5個(gè)入射點(diǎn)，所述入射光被所述基底反射后形成5束第一種反射光束，所述各第一種反射光束經(jīng)過(guò)所述第二分光元件和所述第一分光元件后，入射到與所述5束激光相對(duì)應(yīng)的PSD上，形成5個(gè)光斑；

其特征在于，

所述檢測(cè)晶片基底溫度的裝置包括激光器、探測(cè)器、分光平片和透鏡，

所述激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述分光平片透射后，又經(jīng)過(guò)所述透鏡折射形成平行光束，所述平行光束經(jīng)過(guò)所述第二分光元件射向晶片基底并被所述基底反射后形成第二種反射光束，所述第二種反射光束依次經(jīng)過(guò)所述第二分光元件透射、所述透鏡折射后形成匯聚光，又經(jīng)過(guò)所述分光平片反射后進(jìn)一步匯聚，最終被所述探測(cè)器接收；

還包括通光裝置，所述通光裝置設(shè)置在所述入射光和第一種反射光束共同經(jīng)過(guò)的光路上，所述通光裝置上設(shè)有5個(gè)通光孔，所述5個(gè)通光孔與所述5束激光一一對(duì)應(yīng)，所述通光孔間隔地設(shè)有反射鏡，用于使對(duì)應(yīng)經(jīng)過(guò)的光束方向翻轉(zhuǎn)90°；

還包括第一計(jì)算單元和第二計(jì)算單元，

所述5個(gè)PSD將探測(cè)到光斑位置信號(hào)輸送到所述第一計(jì)算單元，所述第一計(jì)算單元根據(jù)所述各光斑的實(shí)時(shí)位置信號(hào)計(jì)算得到晶片基底上任意兩個(gè)入射點(diǎn)之間在沿所述入射光排列方向即X方向的曲率，和晶片基底上任意一個(gè)入射點(diǎn)在待測(cè)基底移動(dòng)方向即Y方向的曲率，進(jìn)而得到所述晶片基底的二維形貌，

所述激光接收裝置將探測(cè)得到的光強(qiáng)信號(hào)輸送到所述第二計(jì)算單元，所述第二計(jì)算單元根據(jù)所述光強(qiáng)信號(hào)計(jì)算得到所述晶片基底的實(shí)時(shí)溫度，

根據(jù)多次測(cè)量得到的所述晶片基底的二維形貌和所述晶片基底的實(shí)時(shí)溫度，得到所述晶片基底的二維形貌和所述晶片基底的實(shí)時(shí)溫度之間的分布關(guān)系；

所述5束激光由5個(gè)第一種激光器射出，所述5個(gè)第一種激光器構(gòu)成激光器陣列；

形成的5個(gè)光斑分別為A、B、C、D、E，其各自對(duì)應(yīng)的PSD分別為PSD_A、PSD_B、PSD_C、PSD_D、PSD_E；

先用平面反射面代替晶片進(jìn)行校準(zhǔn)，令激光射到平面反射面后又反射到PSD_A上形成的光斑的橫坐標(biāo)為x₁₀，激光射到平面反射面后又反射到PSD_B上形成的光斑的橫坐標(biāo)為x₂₀，第一種反射光束經(jīng)過(guò)第一分光元件透射后投射到PSD_A上形成的光斑的橫坐標(biāo)為x₁₁，第一種反射光束經(jīng)過(guò)第一分光元件透射后投射到PSD_B上形成的光斑的橫坐標(biāo)為x₂₁，d_AB＝x₂₀-x₁₀，PSD_A到基底的距離為y₁₀，PSD_B到晶片外延生長(zhǎng)薄膜基底的距離為y₂₀；

根據(jù)上述各參數(shù)包括x₁₀、x₂₀、x₁₁、x₂₁、y₁₀、y₂₀和d_AB，可以計(jì)算得到在光斑A和B之間，在入射光排列方向，即X方向的曲率為：

以此類推，即可以分別得到在晶片基底上任意兩個(gè)入射點(diǎn)之間在沿入射光排列方向即X方向的曲率；

另外，計(jì)算樣品上任意兩個(gè)入射點(diǎn)之間在沿入射光排列方向，即X方向的曲率C_X時(shí)，x₁₀、x₂₀、d_AB×y₁₀和d_AB×y₂₀需要校準(zhǔn)；此時(shí)，在用于承載待測(cè)基底的石墨盤上首先放置一平面反射鏡(C_X＝0，C_Y＝0)，即可以得到x₁₀、x₂₀的值，然后再依次放置兩片已知曲率C_X的反射鏡進(jìn)行校準(zhǔn)，又可以得到d_AB·y₂₀和d_AB·y₁₀在檢測(cè)基底時(shí)的真值；檢測(cè)時(shí)，由于x₁₀、x₂₀、d_AB·y₂₀和d_AB·y₁₀都是經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)得到的真值，避免了系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生；

令PSD1的采樣頻率為f，承載基底的石墨盤每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為RPM，k是PSD1上光斑的縱坐標(biāo)隨時(shí)間變化按線性擬合的斜率，校準(zhǔn)系數(shù)為α，可以計(jì)算得到任意一個(gè)入射點(diǎn)在待測(cè)基底移動(dòng)方向即Y方向的曲率為：

另外，在計(jì)算得到晶片基底上任意一個(gè)入射點(diǎn)在待測(cè)基底移動(dòng)方向即Y方向的曲率時(shí)，校準(zhǔn)系數(shù)α需要校準(zhǔn)；此時(shí)，將一片已知曲率的標(biāo)準(zhǔn)樣品放在石墨盤上，以勻速旋轉(zhuǎn)，測(cè)量得到該標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)應(yīng)的斜率k，就可以計(jì)算出校準(zhǔn)系數(shù)α；檢測(cè)時(shí)，由于α是經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)得到的真值，避免了系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生；

根據(jù)上述各C_X和各C_Y數(shù)據(jù)即可判斷待測(cè)基底的二維形貌。