藍(lán)寶石晶片缺陷激光無(wú)損檢測(cè)及其計(jì)算模擬研究.pdf

1、藍(lán)寶石因?yàn)槠鋬?yōu)越的光學(xué)和力學(xué)性能而在新型微電子工業(yè)、航空工業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，藍(lán)寶石晶片的應(yīng)用對(duì)其質(zhì)量有極高的要求，但由于藍(lán)寶石硬度極高，且從長(zhǎng)晶到加工成晶片工序繁多，這使得藍(lán)寶石晶片會(huì)不可避免殘留有長(zhǎng)晶和機(jī)械加工造成的復(fù)雜多樣的缺陷。高質(zhì)量的藍(lán)寶石產(chǎn)品，既要求其不能含有宏觀劃傷、氣泡等缺陷，也不能有我們常規(guī)方法難以檢測(cè)的微/亞微米級(jí)缺陷?，F(xiàn)在大部分生產(chǎn)商對(duì)藍(lán)寶石晶片較宏觀缺陷采用人工檢測(cè)，對(duì)于微體缺陷更是采用隨機(jī)抽樣檢

2、測(cè)造成了極大浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)寶石晶片微/亞微米級(jí)缺陷自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確、高效的無(wú)損檢測(cè)，本論文主要研究利用可見(jiàn)激光散射光強(qiáng)空間分布來(lái)進(jìn)行分析和檢測(cè)藍(lán)寶石晶片的微缺陷，這是整個(gè)缺陷檢測(cè)裝置研制的最核心部分；并根據(jù)計(jì)算仿真結(jié)果和透射光斑實(shí)驗(yàn)比較設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的藍(lán)寶石缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置。
　　(1)本文參考廣義的洛倫茨-米氏理論，研究激光在遇到球形散射體后空間散射光強(qiáng)大小，提出利用空間光強(qiáng)相對(duì)變化趨勢(shì)來(lái)判斷藍(lán)寶石晶片缺陷大小的新型檢測(cè)方法，并建

3、立起可見(jiàn)激光與藍(lán)寶石內(nèi)微體缺陷，微小氣泡和微小雜質(zhì)等數(shù)學(xué)模型，為利用空間散射光分布來(lái)確定藍(lán)寶石晶片內(nèi)部缺陷奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)在上述廣義洛倫茨-米氏理論基礎(chǔ)上進(jìn)行算法研究和數(shù)值計(jì)算，首先，對(duì)背散射，前散射，垂直散射三種散射方式散射光信號(hào)進(jìn)行比較，確定了最佳的散射光接收角θ=π/2；其次，對(duì)不同的相對(duì)折射率m，不同q值的散射體數(shù)值計(jì)算仿真，指出缺陷大小是影響空間光強(qiáng)分布的主要因素；最后，通過(guò)相同相對(duì)折射率m不同大小缺陷的空間散射

4、光分布進(jìn)行分析對(duì)比，提出利用在固定空間范圍內(nèi)散射光強(qiáng)分布的極大值個(gè)數(shù)來(lái)作為第一特征點(diǎn)、利用空間散射光強(qiáng)分布的截止頻率來(lái)作為第二特征值判斷具體缺陷的大小。
　　(3)為了設(shè)計(jì)更加高效的藍(lán)寶石晶片檢測(cè)系統(tǒng)，提出通過(guò)觀察缺陷樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的透射光斑，利用透射光斑的視覺(jué)比較來(lái)初步判斷晶片內(nèi)部幾百微米以上的缺陷。將其作為整個(gè)晶片缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的初步篩選，篩選出“大尺寸”缺陷。
　　(4)基于上述理論設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易藍(lán)寶石無(wú)損檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝