[发明专利]一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法，属于光电子信息技术领域。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓(GaN)基发光半导体(LED)具有响应速度快、寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性，具有广阔的市场应用前景：在银行、体育场、机场、车站以及室内外广告牌等大屏幕动态显示器中，它是最关键的器件之一。此外，GaN基蓝、绿光LED还可以用于家电和信息数码设备，如计算机和手机等的状态显示和背景照明等消费电子领域。其制作的白色固态光源体积小、重量轻、寿命长，掀起了照明领域新一轮的革命。在氮化镓基LED及其他光电子器件的制作过程中，需要在蓝宝石衬底上进行外延生长。蓝宝石衬底的组成为氧化铝(Al₂O₃)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成。其晶体结构为六方晶格结构，是地球上硬度仅次于金刚石的晶体。为了使氮化镓在蓝宝石衬底上均匀生长，对蓝宝石衬底的机械参数，包括厚度、弯曲度、翘曲度、表面平整度等等参数的要求都非常高。而在生产过程中，而达成这一要求则离不开测量精度高、测量效果好的测量仪器。

通常人们将相关的测量仪器分为接触式和非接触式两大类，非接触式测量仪通常利用光学或电学原理对晶片表面进行测量，具有良好的测量精度和重复性。但其造价高昂，测量效果受环境的温度、湿度、晶片表面洁净程度等诸多因素影响，维护十分不便，在目前的生产中还没有得到广泛地普及运用。由于蓝宝石晶片硬度很高，仪表探针的一般性接触不会对晶片造成影响，目前主流的测量仪器多为接触式测量仪器。

而接触式测量方法又可以分为两种：其一，将晶片进行水平机械固定，通过探针直接在表面进行测量，这一方法虽然可以精确定位在晶片表面上的测量位置，但由于蓝宝石衬底晶片的测量要求较高，晶片表面略有轻微形变都将影响其测量准确性，受设备的机械结构和晶片本身的形变所限，这种方法的测量精度很低。其二，采用和本发明相同的，将晶片垂直于水平面固定的方案。然而在垂直固定时，为了控制测量精度，不能采用托架承接晶片，只能通过夹持方式固定，这就提高了定位测量位置的难度。传统的测量仪器仅靠测量人员的感觉来确定测量的位置，因此重复性较差。

为了解决这些问题，形成本发明的构思，本发明提供了一种测量精确、重复性好、维护方便、成本低廉的测量装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于蓝宝石衬底的接触式厚度测量装置及方法。本发明的技术方案是：一种测量装置，利用底座来支撑固定支架，通过位于固定支架上的晶片保持件的头部和测量用仪表的探针，将待测晶片竖直夹持于底座正上方并悬空。通过在固定支架上安装的可见定位激光光源确定晶片位置，然后通过千分表上的读数得到晶片的厚度。

所述底座和固定支架之间利用滑轨将固定支架滑入底座内并利用固定件螺丝固定对准，防止晶片保持件及其头部和测量用千分表探针对接位置出现偏差。

所述晶片保持件的头部优选和测量用千分表的探针相同的结构和材料，以保证晶片垂直于千分表的探针。

所述晶片保持件和千分表的探针通过上固定件固定于支架之内。

所述定位激光源可在固定支架的滑动槽内上、下移动，并通过托架保持定位激光源之间的相对位置，从而使激光定位更加准确。定位激光源可选择通过内置电池供电，亦可由安置于固定支架内的电源供电。若定位激光源的数量较多(如大于2个)，可利用分线盒分出足够多的导线供电。部分导线可埋藏于托架内。

所述滑动槽上设置刻度，通过更改激光源在支架上的安装位置并与其所在位置的刻度结合，可将晶片的测量位置进行量化。

本发明的有益之处在于，将待测晶片竖直悬空后，待测晶片本身的径向形变几可忽略。而借助同一条滑轨连接的两个固定支架，可以使千分表的探针和晶片保持装置的头部精确对准，提高测量精度。由于本发明利用的是激光定位，对待测晶片本身无宏观作用力干扰，在提高测量重复性的同时不影响测量结果。

本发明适用但不仅限于蓝宝石晶片的测量。只要是刚性物体，质量和厚度在可测量物体范围内的，均通过本发明上得到厚度数据。本发明所述的方法包括(A)激光源和千分表的校准，(B)具体测量方法(详见实施例3)。

附图说明

图1为本发明提供的测量装置示意图。其中图1a为正视图，图1b为侧视图。图中，

101 底座 102 固定支架 103 下固定件螺丝

104 保持件 105 上固定件螺丝 106 保持件的头部

107 千分表的探针 108 千分表 109 待测晶片