基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置及系统，采用了可移动式的上、下电极圆盘和可升降的测试台，提供八个电极或者十六个电极两种选择模式，可以减少电极的数量使自动化程度提高。将硅片放在测试台上后，不需手动放置电极和调整电极位置，减少了人为误差。相较于四探针测试仪的探针方式，本实用新型专利技术测量装置结构简单，测量方便，能很好地应用到工业硅片的检测中。

Device and system for measuring resistivity of silicon wafer based on total variation regularization

【技术实现步骤摘要】
基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置及系统
本技术涉及半导体硅片电阻率的测量
，具体涉及一种基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置及系统，应用于集成电路生产领域。
技术介绍
科学技术的不断发展，使得以单晶硅片为衬底的集成电路的应用越来越广泛。随着半导体产业的壮大，对产品质量的要求越来越高，半导体硅片的品质工艺和产品质量有严格的管理标准。在半导体加工制造中，许多重要的电学参数都与电阻率的分布及微区的掺杂有直接的关系。半导体器件设计与制造的核心问题是如何控制半导体内部的杂质分布，以满足实际应用中所要求的器件参数。在一定条件下，半导体材料的掺杂浓度和半导体材料的薄层电阻率有直接关系。因此，为保证芯片的质量和最终产品的性能，需要对硅片的微区电阻率分布情况有充分的了解。电阻率的大小可以直接反映硅片的导电能力。目前现有的硅片电阻率测量方法主要分为两大类：接触式测量方法和无接触式测量方法。接触法测量半导体材料的电阻率有如下几种方法：两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法等。四探针测试技术作为半导体生产工艺中应用最为广泛的工艺监控手段之一，是将四根探针以直线排列等距放置在被测对象表面，在其中两个探针上施加电流，然后测量另外两个探针之间的电压值，计算得出该区域的电阻率值。四探针测试方法的测试过程简单、设备易制、精度一般，测试样品边缘时，须考虑边缘效应的修正问题，且测量时探针会较大面积污染被测样品。无接触式测量法大多利用电容耦合、电感耦合及射频磁场耦合技术来获取Q值、共振电容等电学参数，并通过这些电学参数与电阻之间的复杂关系求得样品电阻率。常用的涡流法产生的热量会使测量产生较大误差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术所要解决的技术问题是：提供一种基于全变差正则化法的硅片电阻率测量方法、装置及系统，该方法主要以电阻抗成像技术(EIT)为基础，选取边界元法求解正问题、牛顿拉夫逊算法求解逆问题，同时将全变差正则化方法用以修正逆问题的病态性，以达到较好的效果。该方法解决了测试硅片大面积污染的问题，便于后续的加工制造，能够有效的测量出硅片电阻率并得到直观的测量结果，筛选出不合格的硅片产品。本技术解决所述技术问题采用的技术方案是：设计一种基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置，该测量装置包括支撑框架、电极装置和测试平台，支撑框架包括一根上横梁、竖直支撑杆和底座，上横梁固定连接在竖直支撑杆上部的一侧面上，底座固定连接在竖直支撑杆的固定连接有上横梁一侧的侧面的下端，上横梁与底座均为中空的结构；测试平台安装在底座上，电极装置与测试平台呈纵向对称中心重合安装，电极装置安装在测试平台上方的上横梁上；电极装置包括十六个电极、电极支架、上电极圆盘、上电极连杆、下电极圆盘、电极伸缩电机、导向杆、电极伸缩电机底座、下电极连杆、固定块、齿条、带齿轮轴、压力传感器连接杆、压力传感器，所述电极支架内部为中空结构且支架下部的直径要大于上部，形成一个阶梯筒状结构，其上部固定在支撑框架的上横梁的底面上，其下部末端与上电极圆盘的上表面连接；带齿轮轴的上部至其顶端的一端轴段的内部设置有沿轴向的内螺纹孔，上电极圆盘的中部设置有通孔，带齿轮轴的上部依次穿过上电极圆盘、电极支架的内部并与电极伸缩电机的输出轴连接的带螺纹轴啮合连接；所述带齿轮轴顶端的内螺纹孔的出口处设置有卡环以防止电极伸缩电机的输出轴连接的带齿轮轴过度旋转旋出带齿轮轴的上部；电极伸缩电机通过电极伸缩电机底座固定在上横梁顶面的内侧面上；带齿轮轴的末端位于电极支架的下方；上电极圆盘的下表面上周向均匀固定安装有八根上电极连杆，每根上电极连杆末端的下部固定连接有一个电极；下电极圆盘位于上电极圆盘的正下方，带齿轮轴的下部末端与下电极圆盘的中间活动连接且带齿轮轴的下部末端可以绕下电极圆盘的轴向转动，下电极圆盘的上表面上周向均匀安装有八根下电极连杆，下电极连杆与上电极连杆在空间上不重合且所在的圆周在空间上同轴；下电极连杆通过固定块实现在下电极圆盘上周向定位并沿径向运动，每个下电极连杆靠近下电极圆盘中心的一端连接有齿条，每个下电极连杆跟与其相连的齿条平行，两者之间通过一个与两者都垂直的直角衔接段焊接在一起；齿条的另一端与带齿轮轴下部的带齿轮段的外周啮合，下电极连杆另一端的末端下部固定连接有一个电极，同时固定有一个压力传感器连接杆，压力传感器连接杆末端安装有压力传感器，压力传感器通过蓝牙发送压力信息给上位机；每一个电极均与导线连接；所述导向杆为四根方形条状杆，四根导向杆的下部均匀固定在下电极圆盘的上表面上，与四根导向杆正对的上电极圆盘上开有四个与其相匹配的方形通孔，四根导向杆的上部设置在上电极圆盘的方形通孔内并可沿方形通孔上、下滑动；所述测试平台包括测试台、测试台轨道、测试台升降杆、带螺纹杆、升降电机、末端卡环；测试台位于测试台升降杆顶端并与其衔接在一起，测试台中部设置有两层不同孔径但同轴的圆形槽口，其中，下层的孔径较上层的小，下层的槽口用于容纳三英寸的硅片，上层的槽口用于容纳四英寸的硅片；测试台升降杆的下部位于支撑框架的底座的内部，且测试台升降杆下部的内部至下部末端沿轴向设置有带螺纹孔，带螺纹杆的带螺纹段位于测试台升降杆下部的带螺纹孔内，带螺纹杆的下部与升降电机的输出轴轴向连接，升降电机通过升降电机固定座安装在底座内部的底面上；测试台的外周安装有测试台轨道，测试台轨道竖直的固定在底座的上表面上，测试台与测试台轨道接触并可沿其升降但不可周向转动。进一步的，本技术基于全变差正则化法的硅片电阻率测量系统，该测量系统包括控制系统和如上所述的测量装置，其特征在于，所述控制系统包括主控制器、串口通信模块、激励源的通路开关选择模块、激励源模块、电压测量模块、测量电压通路开关选择模块；所述主控制器为STM32微处理器，其主控芯片为STM32F407芯片；主控制器与通过串口通信模块与上位机相连，与上位机进行信息交互；激励源的通路开关选择模块设置在电极与激励源模块之间的导线上，且激励源的通路开关选择模块引出有导线与主控制器电连接；测量电压的通路开关选择模块设置在电极与电压测量模块之间的导线上，且测量电压的通路开关选择模块引出有导线与与主控制器电连接。与现有技术相对比，本技术的有益效果是：1)传统四探针法的探针跟硅片接触时需要施加一定的压力，同时需要手动选择测量点的位置，耗时比较长。本技术只将电极布置在硅片的边缘位置，相较于传统的四探针法可以减少测量过程中对硅片的损伤，节省测量时间。2)本技术采用了可移动式的上、下电极圆盘和可升降的测试台，提供八个电极或者十六个电极两种选择模式，可以减少电极的数量使自动化程度提高。将硅片放在测试台上后，不需手动放置电极和调整电极位置，减少了人为误差。相较于四探针测试仪的探针方式，本技术测量装置结构简单，测量方便，能很好地应用到工业硅片的检测中。附图说明图1为基于全变差正则化法的硅片电阻率测量方法流程简图；图2本技术基于全变差正则化法的硅片电阻率测量系统一种实施例的激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置，其特征在于，该测量装置包括支撑框架、电极装置和测试平台，支撑框架包括一根上横梁、竖直支撑杆和底座，上横梁固定连接在竖直支撑杆上部的一侧面上，底座固定连接在竖直支撑杆的固定连接有上横梁一侧的侧面的下端，上横梁与底座均为中空的结构；测试平台安装在底座上，电极装置与测试平台呈纵向对称中心重合安装，电极装置安装在测试平台上方的上横梁上；/n电极装置包括十六个电极、电极支架、上电极圆盘、上电极连杆、下电极圆盘、电极伸缩电机、导向杆、电极伸缩电机底座、压力传感器连接杆、压力传感器、下电极连杆、固定块、齿条、带齿轮轴，所述电极支架内部为中空结构且支架下部的直径要大于上部，形成一个阶梯筒状结构，其上部固定在支撑框架的上横梁的底面上，其下部末端与上电极圆盘的上表面连接；带齿轮轴的上部至其顶端的一端轴段的内部设置有沿轴向的内螺纹孔，上电极圆盘的中部设置有通孔，带齿轮轴的上部依次穿过上电极圆盘、电极支架的内部并与电极伸缩电机的输出轴连接的带螺纹轴啮合连接；所述带齿轮轴顶端的内螺纹孔的出口处设置有卡环以防止电极伸缩电机的输出轴连接的带螺纹轴过度旋转旋出带齿轮轴的上部；电极伸缩电机通过电极伸缩电机底座固定在上横梁顶面的内侧面上；带齿轮轴的末端位于电极支架的下方；/n上电极圆盘的下表面上周向均匀固定安装有八根上电极连杆，每根上电极连杆末端的下部固定连接有一个电极；下电极圆盘位于上电极圆盘的正下方，带齿轮轴的下部末端与下电极圆盘的中间活动连接且带齿轮轴的下部末端可以绕下电极圆盘的轴向转动，下电极圆盘的上表面上周向均匀安装有八根下电极连杆，下电极连杆与上电极连杆在空间上不重合且所在的圆周在空间上同轴；下电极连杆通过固定块实现在下电极圆盘上周向定位并沿径向运动，每个下电极连杆靠近下电极圆盘中心的一端连接有齿条，每个下电极连杆跟与其相连的齿条平行，两者之间通过一个与两者都垂直的直角衔接段焊接在一起；齿条的另一端与带齿轮轴下部的带齿轮段的外周啮合，下电极连杆另一端的末端下部固定连接有一个电极，同时固定有一个压力传感器连接杆，连接杆末端安装有压力传感器，压力传感器通过蓝牙发送压力信息给上位机；每一个电极均与导线连接；当电极伸缩电机转动时，带齿轮轴周向转动，带动齿条移动，进而带动连接在下电极连杆末端下部的电极沿下电极圆盘的径向运动；/n所述导向杆为四根方形条状杆，四根导向杆的下部均匀固定在下电极圆盘的上表面上，与四根导向杆正对的上电极圆盘上开有四个与其相匹配的方形通孔，四根导向杆的上部设置在上电极圆盘的方形通孔内并可沿方形通孔上、下滑动；/n所述测试平台包括测试台、测试台轨道、测试台升降杆、带螺纹杆、升降电机、末端卡环；测试台位于测试台升降杆顶端并与其衔接在一起，测试台中部设置有两层不同孔径但同轴的圆形槽口，其中，下层的孔径较上层的小，下层的槽口用于容纳三英寸的硅片，上层的槽口用于容纳四英寸的硅片；/n测试台升降杆的下部位于支撑框架的底座的内部，且测试台升降杆下部的内部至下部末端沿轴向设置有带螺纹孔，带螺纹杆的带螺纹段位于测试台升降杆下部的带螺纹孔内，带螺纹杆的下部与升降电机的输出轴轴向连接，升降电机通过升降电机固定座安装在底座内部的底面上；测试台的外周安装有测试台轨道，测试台轨道竖直的固定在底座的上表面上，测试台与测试台轨道接触并可沿其升降但不可周向转动；测试台升降杆下部的带螺纹孔的末端设置有末端卡环。/n...

【技术特征摘要】
1.基于全变差正则化法的硅片电阻率测量装置，其特征在于，该测量装置包括支撑框架、电极装置和测试平台，支撑框架包括一根上横梁、竖直支撑杆和底座，上横梁固定连接在竖直支撑杆上部的一侧面上，底座固定连接在竖直支撑杆的固定连接有上横梁一侧的侧面的下端，上横梁与底座均为中空的结构；测试平台安装在底座上，电极装置与测试平台呈纵向对称中心重合安装，电极装置安装在测试平台上方的上横梁上；
电极装置包括十六个电极、电极支架、上电极圆盘、上电极连杆、下电极圆盘、电极伸缩电机、导向杆、电极伸缩电机底座、压力传感器连接杆、压力传感器、下电极连杆、固定块、齿条、带齿轮轴，所述电极支架内部为中空结构且支架下部的直径要大于上部，形成一个阶梯筒状结构，其上部固定在支撑框架的上横梁的底面上，其下部末端与上电极圆盘的上表面连接；带齿轮轴的上部至其顶端的一端轴段的内部设置有沿轴向的内螺纹孔，上电极圆盘的中部设置有通孔，带齿轮轴的上部依次穿过上电极圆盘、电极支架的内部并与电极伸缩电机的输出轴连接的带螺纹轴啮合连接；所述带齿轮轴顶端的内螺纹孔的出口处设置有卡环以防止电极伸缩电机的输出轴连接的带螺纹轴过度旋转旋出带齿轮轴的上部；电极伸缩电机通过电极伸缩电机底座固定在上横梁顶面的内侧面上；带齿轮轴的末端位于电极支架的下方；
上电极圆盘的下表面上周向均匀固定安装有八根上电极连杆，每根上电极连杆末端的下部固定连接有一个电极；下电极圆盘位于上电极圆盘的正下方，带齿轮轴的下部末端与下电极圆盘的中间活动连接且带齿轮轴的下部末端可以绕下电极圆盘的轴向转动，下电极圆盘的上表面上周向均匀安装有八根下电极连杆，下电极连杆与上电极连杆在空间上不重合且所在的圆周在空间上同轴；下电极连杆通过固定块实现在下电极圆盘上周向定位并沿径向运动，每个下电极连杆靠近下电极圆盘中心的一端连接有齿条，每个下电极连杆跟与其相连的齿条平行，两者之间通过一个与两者都垂直的直角衔接段焊接在一起；齿条的另一端与带齿轮轴下部的带齿轮段的外周啮合，下电极连杆另一端的末端下部固定连接有一个电极，同时固定有一个压力传感器连接杆，连接杆末端安装有压力传感器，压力传感器通过蓝牙发送压力信息给上位机；每一个电极均与导线连接；当电极伸缩电机转动时，带齿轮轴周向转动，带动齿条移动，进而带动连接在下电极连杆末端下部的电极沿下电极圆盘的径向运动；
所述导向杆为四根方形条状杆，四根导向杆的下部均匀固定在下电极圆盘的上表面上，与四根导向杆正对的上电极圆盘上开有四个与其相匹配的方形通孔，四根导向杆的上部设置在上电极圆盘的方形通孔内并可沿方形通孔上、下滑动；

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，李倩文，王梦丹，吴鹏飞，葛帅，张剑军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12