用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置及检测方法与流程

本发明涉及硅部件制作，具体涉及一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置及检测方法。

背景技术：

1、硅部件在加工过程中极易产生亚表面损伤，如裂纹、位错和残余应力等；这些损伤会显著降低硅片的服役性能和使用寿命，因此需要对亚表面损伤进行测量。角度抛光法，又称斜截面法（beveling or taper polishing），是半导体和光学材料领域检测与测量亚表面损伤层深度的经典且应用最广泛的破坏性分析技术之一。其基本原理是通过在待测样品表面研磨抛光出一个极小角度（通常为1°-10°）的斜面，从而在几何上将微米或亚微米级的垂直损伤深度d，放大为斜面上一个更易于在显微镜下观察和测量的长度m。然而，尽管该方法原理清晰，其测量结果的准确性和可靠性在很大程度上取决于样品制备的质量，特别是倾斜角度的生成和固定环节。

2、传统的角度抛光制样过程主要有以下三种方式：通用可调角度夹具，通过将待测样品用蜡或环氧树脂固定在夹具的工作面上，然后手动调整夹具的倾斜机构，以期达到预设的角度。使用垫片（shims）或量块的简易组合：将待测样品固定在一块平整的承载块上，然后在承载块的一端下方垫入已知厚度的垫片，再将整个组合体放置在抛光盘上进行研磨，样品的倾斜角度通过垫片厚度和承载块长度的三角函数关系来估算。一体化抛光设备中的角度设定功能： 部分先进的、专用的晶圆抛光设备可能集成了角度控制功能，允许操作者在设备控制界面上输入一个目标角度值，设备通过内部的精密传动和定位系统（如倾斜台）来实现。

3、上述现有技术存在系统性缺陷：首先，角度的精确性与溯源性严重不足，无论是刻度盘示数还是垫片计算值均为未经过高精度仪器（如三坐标测量机）标定的名义值，忽略粘接层不均、形变等因素，实际角度与理论值偏差大，导致测量结果无法精确保留和跨实验室比对。其次，操作流程繁琐且依赖操作者技能，样品与陪片需手动对齐边缘以形成平直劈尖线，极易引入随机误差。再者，重复性与再现性差，不同操作者或不同批次制备的样品角度一致性难以保证。此外，传统金属夹具与硅样品热膨胀系数相差近一个数量级，温度变化引起热失配应力，导致样品翘曲甚至产生微裂纹，既破坏角度精度又引入附加损伤，叠加后严重干扰损伤真实性的判定。综上，现有角度抛光制样技术在角度精准性、稳定性和溯源性方面存在瓶颈，操作复杂且人工依赖度高，亟需一种能提供精确可溯源角度基准并消除热误差的检测装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置及检测方法，以在采用角度抛光法检测硅部件亚表面损伤时提供精确可溯源角度基准并消除热误差。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，包括角度校准工装及工装支撑机构；所述角度校准工装的上表面为经超精密平面磨削与研磨工艺加工而成的精密斜面，所述精密斜面与所述角度校准工装的底面之间具有预设的固定倾角，作为硅部件的待测样品检测时的倾斜角度；所述精密斜面的一侧边一体成型有定位挡边，所述定位挡边与所述精密斜面所在平面垂直，以对待测样品及陪片进行限位；所述工装支撑机构内部设置有空腔，用于放置所述角度校准工装。

4、优选地，所述精密斜面的前端设有导流凹槽，用于引导并容纳浇注过程中溢出的多余粘接剂。

5、优选地，所述角度校准工装的底部设置有定位块，所述工装支撑机构的内底面设置有与所述定位块对应的定位槽，以将所述角度校准工装的定位块插入所述工装支撑机构的定位槽中，避免浇注过程中所述角度校准工装发生移动。

6、优选地，所述工装支撑机构的左右两侧外壁分别设有侧向限位卡槽，所述侧向限位卡槽用于与外部夹持装置配合以防止所述工装支撑机构水平滑动。

7、优选地，所述角度校准工装的材料为单晶硅或多晶硅，且所述角度校准工装的热膨胀系数与待测样品的热膨胀系数一致。

8、优选地，加工完成的精密斜面由高精度三坐标测量机进行空间角度标定，标定后的真实角度值标记在所述角度校准工装的非工作面上。

9、本发明还提供了一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测方法，应用于如上所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，包括以下步骤：

10、s1、选择合适固定倾角的角度校准工装，并将所述角度校准工装放入工装支撑机构；

11、s2、将待测样品和陪片分别以其侧边紧靠所述角度校准工装的定位挡边的方式放置于所述角度校准工装的精密斜面上，使待测样品与陪片的边缘对齐并形成劈尖线；

12、s3、向所述工装支撑机构内浇注树脂浆料，使所述树脂浆料完全覆盖待测样品和陪片；

13、s4、静置使所述树脂浆料固化，形成树脂镶嵌块，并将固化后的树脂镶嵌块从所述工装支撑机构中取出；

14、s5、对所述树脂镶嵌块的含有待测样品和陪片的表面进行研磨抛光，以对待测样品的亚表面损伤进行检测。

15、优选地，在步骤s2中，将待测样品和陪片放置与精密斜面上时，通过添加粘接剂将待测样品和陪片固定在精密斜面上。

16、优选地，在步骤s5之后，所述方法还包括：对抛光后的表面进行选择性化学腐蚀，并在显微镜下测量损伤延伸区域的长度，然后根据所述角度校准工装上标定的真实角度值，计算得出亚表面损伤层深度。

17、优选地，在步骤s3中，浇注完成后将所述工装支撑机构放入真空条件下保持5-10min。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、使用本发明的检测装置进行硅部件亚表面损伤检测时，首先根据硅部件的损伤层预估深度选择合适的角度校准工装放入工装支撑机构内，然后将从硅部件上切割下来的待测样品及陪片放置在精密斜面上，利用具有固定倾角的精密斜面为待测样品及陪片提供精确的角度基准。放置过程中将待测样品及陪片的侧边紧靠定位挡边，以保证待测样品及陪片的边缘对齐且形成平直劈尖线，消除手工对齐待测样品与陪片的边缘带来的随机误差。紧接着向工装支撑机构内浇注树脂浆料，使树脂浆料完全覆盖待测样品和陪片；静置使树脂浆料固化，形成树脂镶嵌块，并将固化后的树脂镶嵌块从工装支撑机构中取出；最后对树脂镶嵌块的含有待测样品和陪片的表面进行研磨抛光，即可对待测样品的亚表面损伤进行检测，从而实现对硅部件亚表面损伤的精确检测。

1.一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，包括角度校准工装及工装支撑机构；所述角度校准工装的上表面为经超精密平面磨削与研磨工艺加工而成的精密斜面，所述精密斜面与所述角度校准工装的底面之间具有预设的固定倾角，作为硅部件的待测样品检测时的倾斜角度；所述精密斜面的一侧边一体成型有定位挡边，所述定位挡边与所述精密斜面所在平面垂直，以对待测样品及陪片进行限位；所述工装支撑机构内部设置有空腔，用于放置所述角度校准工装。

2.根据权利要求1所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，所述精密斜面的前端设有导流凹槽，用于引导并容纳浇注过程中溢出的多余粘接剂。

3.根据权利要求1所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，所述角度校准工装的底部设置有定位块，所述工装支撑机构的内底面设置有与所述定位块对应的定位槽，以将所述角度校准工装的定位块插入所述工装支撑机构的定位槽中，避免浇注过程中所述角度校准工装发生移动。

4.根据权利要求3所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，所述工装支撑机构的左右两侧外壁分别设有侧向限位卡槽，所述侧向限位卡槽用于与外部夹持装置配合以防止所述工装支撑机构水平滑动。

5.根据权利要求1所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，所述角度校准工装的材料为单晶硅或多晶硅，且所述角度校准工装的热膨胀系数与待测样品的热膨胀系数一致。

6.根据权利要求1所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，加工完成的精密斜面由高精度三坐标测量机进行空间角度标定，标定后的真实角度值标记在所述角度校准工装的非工作面上。

7.一种用于硅部件亚表面损伤检测的检测方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测方法，其特征在于，在步骤s2中，将待测样品和陪片放置与精密斜面上时，通过添加粘接剂将待测样品和陪片固定在精密斜面上。

9.根据权利要求8所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测方法，其特征在于，在步骤s5之后，所述方法还包括：对抛光后的表面进行选择性化学腐蚀，并在显微镜下测量损伤延伸区域的长度，然后根据所述角度校准工装上标定的真实角度值，计算得出亚表面损伤层深度。

10.根据权利要求7所述的用于硅部件亚表面损伤检测的检测方法，其特征在于，在步骤s3中，浇注完成后将所述工装支撑机构放入真空条件下保持5-10min。