专利名称：无损检测半导体材料内部缺陷的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无损检测半导体材料内部缺陷的方法。该半导体材料具有长度 和横截面区(cross-sectional area)。因此该半导体材料是块(bulk)材料，从该块材料切割 出半导体产品的单个盘(discs)或板(plates)。本发明还涉及一种用于无损检测半导体材料内部缺陷的设备。该半导体材料具 有长度、横截面区以及与长度对齐的侧面。
背景技术：
德国专利申请DE 10 2006 032 431A1公开了一种检测由半导体材料组成的杆件 中的机械缺陷。该半导体材料呈现至少一个平面，并且垂直于该平面量得的厚度为Icm 到100cm。在该方法中，利用至少一个通过液体耦合介质(liquid coupling medium)耦合 到该杆件的平面的超声波换能器(ultrasonic transducer)扫描该平面。在各测量点，超声 波脉冲至少指向该杆件的平面，并且由该杆件产生的超声波脉冲的回波被记录为时间的 函数，使得能够检测来自该平面的回波、该杆件的与该平面相反的表面的回波以及其它 可能的回波，其中从其它的回波检测该杆件的机械缺陷的位置。德国专利申请DE 29 36 882公开了检测零部件(component)内部的材料缺陷的测 试设备。该测试设备用于检测核电站中压力作用下的零部件。通过遥控的机械手将测试 头移动到待测试的位置。不测试零部件的整个内部的缺陷。US专利6,047,600公开了一种测试压电材料的内部缺陷的方法。利用到达时间 法(time-of-arrival method)测试材料的均一性。US专利5,381,693公开了一种超声波成像设备，其中在利用超声波辐射待测试对 象的状态下，扫描待测试对象。通过聚焦，可以设定待测试的材料中的平面。国际专利申请WO 02/40987公开了一种用于平坦基板的声学、显微镜检查的方 法和设备。待检查基板被放置到耦合有超声波的湿环境中。

发明内容
现有技术中不存在以下技术利用超声波设备检查任意大小与形状的杆状半导 体材料，以能够从整块半导体材料获得关于可能缺陷的信息。本发明的目标是提供一种能够可靠地检测半导体材料内部缺陷的方法。此外， 根据本发明的方法将提供半导体材料内部的超声波图象。通过根据如下方法实现上述目标。
一种用于无损检测半导体材料的内部缺陷的方法，所述半导体材料具有长度以 及横截面区，所述方法的特征在于以下步骤设置超声波设备，其中，在所述超声波设 备和所述半导体材料的侧面之间产生相对运动，沿着所述半导体材料的长度移动所述超 声波设备；在所述半导体材料和所述超声波设备之间的所述相对运动期间，从所述超声 波设备向所述半导体材料发射超声波脉冲，与此并行地，记录与时间和空间有关的来自所述半导体材料内部的对所述超声波脉冲的超声波回波信号，使得从整块所述半导体材 料捕获所述半导体材料的内部缺陷；在所述半导体材料为圆柱状的情况下，在所述超声 波设备沿着所述半导体材料的长度移动期间，捕获直到所述半导体材料的中心的至少一 个扇形区，或者在所述半导体材料为长方体状的情况下，在所述超声波设备沿着所述半 导体材料的第一外表面的长度移动期间，捕获直到所述半导体材料的中央面的至少一个 长方体；以及通过介质将所述超声波脉冲耦合到所述半导体材料以及通过所述介质耦合 来自所述半导体材料的所述超声波回波信号本发明的另一目标是提供如下设备通过该设备可以无损地定位半导体材料内 部缺陷。此外，半导体材料内部缺陷的位置将被传送到用于半导体材料的后续处理的处理机。通过根据如下设备实现上述目标。一种用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，所述半导体材料具有长度、 横截面区以及与所述长度对齐的侧面，其中，所述用于无损检测半导体材料的内部缺陷 的设备被设计成检查圆柱状的半导体材料或长方体状的半导体材料，超声波设备被分配 到所述半导体材料，而且设置在所述超声波设备和所述半导体材料的所述侧面之间产生 沿着所述半导体材料的所述侧面的长度的相对运动的机构，所述用于无损检测半导体材 料的内部缺陷的设备的特征在于，所述超声波设备和控制装置被设计成在所述半导体 材料为圆柱状的情况下，沿着所述半导体材料的长度，能检查直到所述半导体材料的中 心的至少一个扇形区，或者，在所述半导体材料为长方体状的情况下，在所述超声波设 备沿着所述半导体材料的第一外表面的长度移动期间，能检查直到所述半导体材料的中 央面的至少一个长方体，其中，所述控制装置用于控制所述超声波设备和所述半导体材 料之间的相对运动、用于控制将超声波脉冲发射到所述半导体材料上以及与此并行地记 录来自所述半导体材料的内部的超声波回波信号。已经证明是特别有利的是通过本发明，可以检测杆状半导体材料的缺陷。该 半导体材料具有长度和横截面区。根据本发明的方法，设置超声波设备，其中，在超声波设备和半导体材料的侧 面之间产生相对运动。在半导体材料和超声波设备之间的相对运动期间，从超声波设备 向半导体材料发射超声波脉冲。与此并行地，记录与时间和空间有关的来自半导体材料 内部的超声波回波信号，使得从整块半导体材料检测半导体材料内部缺陷。通过介质将 超声波脉冲和超声波回波信号耦合到半导体材料。介质例如可为液体。还可以想到的是 通过空气或其它的气态介质将超声波脉冲和超声波回波信号耦合到半导体材料。通过使超声波设备沿着半导体材料的长度移动来产生超声波设备和半导体材料 之间的相对运动。
半导体材料可为圆柱状。在超声波设备沿着半导体材料的长度的移动期间，捕 获(capture)直到半导体材料的中心的至少一个扇形区(sector)。圆柱状的半导体材料绕 轴线转动，以捕获随后的直到半导体材料的中心的至少一个扇形区。继续以上步骤，直 到整块半导体材料已被捕获并且表示为图像。此外，设置计算机控制，通过计算机控制，以如下方式处理从半导体材料内部 返回的超声波回波信号为了成像，使来自至少一个扇形区的区域的超声波回波信号被处理，且使来自该扇形区之外的超声波回波信号不被处理。此外，可根据本发明的方法检查长方体状的半导体材料。此处同样，在超声波 设备沿着半导体材料的第一外表面的长度移动期间，捕获直到半导体材料的中央面的至 少一个长方体。使超声波设备横切半导体材料长度地移位，使得在超声波设备沿着半导 体材料的第一外表面的长度的随后的移动期间，捕获直到半导体材料的中央面的至少一 个长方体，在从第一表面到中央面的全部长方体被捕获后，半导体材料翻转180°，以从第二外表面捕获其它的长方体。此外，也设置计算机控制，通过计算机控制，以如下方式处理从半导体材料内 部返回的超声波回波信号使来自直到中央面的至少一个长方体的区域超声波回波信号 被处理，且使来自该至少一个长方体之外的超声波回波信号不被处理。用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备包括分配到半导体材料的超声波设 备。此外，设置用于在超声波设备和半导体材料的侧面之间产生沿着半导体材料的侧面 的长度的相对运动的机构(set-up)。超声波设备可以包括多个换能器，所述换能器位于与侧面分离开的位置处。从 换能器发射的超声波脉冲通过介质耦合到半导体材料。为此，可以想到液体或气态介 质。取决于采用的介质，需要相应地设计相应功率(power)的换能器。根据本发明的实施方式，多个换能器以相等的节距布置成列。其它的实施方式 中，换能器以相等的节距布置成矩阵。随后的参照


的实施方式阐明了根据本发明的方法和设备以及该方法和 设备的优点。

图1示出用于无损检测圆柱状半导体材料内部缺陷的设备的示意图。图2示出用于无损检测长方体状半导体材料内部缺陷的设备的示意图。图3示出圆形横截面区和相应的线性超声波设备的俯视图。图4示出圆形横截面区和相应的矩阵状超声波设备的俯视图。图5示出矩形横截面区和相应的线性超声波设备的俯视图。图6示出矩形横截面区和相应的矩阵状超声波设备的俯视图。图7示出各换能器相对于半导体材料侧面的直线状布置的可能实施方式。图8示出各换能器相对于半导体材料侧面的矩阵状布置的可能实施方式。
具体实施例方式使用相同的附图标记表示本发明的相同元件或功能相同的元件。此外，在各附 图中仅使用描述各附图所必需的附图标记。图1示出用于无损检测圆柱状半导体材料2内部缺陷的设备1的示意图。利用 根据本发明的设备1，可检查具有任意横截面Q的半导体材料2。在图1所示的实施方式 中，半导体材料2具有圆形截面Q。此处示出的横截面的形状不对本发明产生限制。可 利用根据本发明的设备1检查具有任意横截面的杆状半导体材料2。这里，待检查的半导体材料2被置于充满液体8的容器6中。超声波设备10包括多个换能器12，从换能器12发射的超声波脉冲经由液体8耦合到半导体材料1。尽 管在图中液体被示为所采用的介质，但这不作为对本发明的限制。还可以想到经由空气 或其它气态介质将超声波脉冲和超声波回波信号耦合到半导体材料。图中未示出经由空 气的耦合，对于本领域技术人员来说，如何设计具有相应功率的换能器以使得经由空气 的耦合对半导体材料1的内部缺陷产生令人满意的结果是显而易见的。根据图1所示的 双箭头9，超声波设备10可以相对于半导体材料2沿着半导体材料2的长度L移动。设 置有控制和评价装置14。由此，控制和评价装置14也被用于控制超声波设备10和半导 体材料2之间的相对运动以及用于控制将超声波脉冲发射到半导体材料2上。与上述功 能并行地，控制和评价装置14还可以用于记录来自半导体材料2的内部的超声波回波信 号。该相对运动沿着半导体材料2的长度L。为使用根据本发明的设备1捕获整块半导 体材料2，半导体材料2被安装成可绕轴线4转动。杆状半导体材料2的转动方向由图1 中的箭头4a表示。超声波设备10被定位成面对半导体材料2的侧面5。图2示出用于无损检测长方体状半导体材料2内部缺陷的设备1的示意图。这 里，超声波设备10起初被定位成面对半导体材料2的侧面5的第一表面5a。首先，利 用超声波设备10扫描半导体材料2的侧面5的第一表面5a。从而用超声波设备10捕获 半导体材料2的直到中央面3的内部。在捕获半导体材料2的该部分之后，半导体材料 2翻转180°，扫描与第一表面5a相反的第二表面5b。由此捕获由半导体材料2形成的 块的第二部分。图3示出圆形横截面区20和线性超声波设备10的俯视图。这里，超声波设备 10的至少一个换能器12被定位成面对侧面5的线(见图7)。超声波设备10以及控制和 评价装置14以捕获半导体材料2的圆的直到半导体材料2的中心M的扇形区21的方式协 作。该圆的扇形区21沿着半导体材料2的长度L延伸。一旦该圆的扇形区21已经被捕 获，半导体材料2就绕轴线4转动并且利用超声波设备10捕获该圆的下一个扇形区21。图4示出圆形横截面区20和线性超声波设备10的俯视图。超声波设备10包括 以矩阵方式布置的多个换能器12。图4示出该矩阵的第一列。这里，换能器12以如下 方式相对于半导体材料2被定位各换能器距半导体材料2的侧面5相等距离。超声波 设备10以及控制和评价装置14以捕获半导体材料2的圆的直到半导体材料2的中心M的 扇形区21的方式协作。该圆的扇形区21沿着半导体材料2的长度L延伸。一旦该圆的 扇形区21已经被捕获，半导体材料2就绕轴线4转动并且利用超声波设备10捕获该圆的 下一个扇形区21。利用矩阵布置的多个换能器12捕获的该圆的扇形区21大于利用直线 布置的多个换能器12检测到的该圆的圆的扇形区。
图5示出矩形横截面区30和线性超声波设备10的俯视图。其中，超声波设备 10的至少一个换能器12被布置成以面对侧面5的第一表面5a的一部分的方式被定位。 超声波设备10以及控制和评价装置14 (参见图1)以捕获半导体材料2的直到半导体材料 2的中央面3的长方体31的方式协作。长方体31沿着半导体材料2的长度L延伸。一 旦长方体31已经被捕获，超声波设备10就移位(沿箭头32的方向)，使得超声波设备10 能捕获下一个长方体。一旦所有的从第一面5a到中央面3a的长方体31都已经被捕获， 就将半导体材料翻转180°。然后捕获多个从侧面5的第二表面5b到中央面3的长方体 31。由此可以捕获具有矩形断面30的整块半导体材料2。尽管上述描述限于矩形形状，但不被作为本发明的限制。横截面也可以是正方形形状或一定程度上偏离矩形或正方形 的形状。图6示出矩形的横截面区30和用于捕获整块半导体材料2的矩阵状的超声波设备10的俯视图。与图5所示的实施方式不同的是，利用换能器12的矩阵布置比利用图 5中的布置能捕获更大的长方体31。其中，矩阵布置的各换能器12被布置为分别与第一 表面5a或第二表面5b大体平行。图7示出各换能器12相对于半导体材料2的侧面5线性布置的可能实施方式。 在这里示出的实施方式中，利用换能器12的线性布置(列布置50)扫描半导体材料2的 例如第一表面5a。各换能器12沿半导体材料的长度L彼此以等节距40定位。为捕获 半导体材料2内部的直到中央面3的长方体31 (参见图5)，列布置50被移动节距值40。 由此在较短时间内捕获半导体材料2块的至少一部分。为捕获半导体材料2块的下一部 分，垂直于半导体材料2的长度L地移动换能器12的列布置50。然后再次将列布置50 移位节距值40。继续该动作，直到扫描了整个第一表面5a并且捕获了相应的半导体材料 2块。图8示出各换能器12相对于半导体材料2的侧面5的第一表面5a的矩阵状布置 的可能实施方式。根据图7所示的顺序使换能器12的整个矩阵55移位。不言而喻，利 用矩阵55比利用图7所示的实施方式能捕获半导体材料2块的更大的区域。在矩阵布置 的情况下，从半导体材料2内部返回的超声波回波信号的信号处理较费力。已参考优选实施方式描述了本发明。然而，对本领域技术人员来说，在不背离 所附的权利要求的范围的情况下能够对本发明进行修改或变形是显而易见的。
权利要求
1.一种用于无损检测半导体材料(2)的内部缺陷的方法，所述半导体材料(2)具有长 度(L)以及横截面区(Q)，所述方法的特征在于以下步骤设置超声波设备(10)，其中，在所述超声波设备(10)和所述半导体材料(2)的侧面 (5)之间产生相对运动，沿着所述半导体材料(2)的长度(L)移动所述超声波设备(10)；在所述半导体材料(2)和所述超声波设备(10)之间的所述相对运动期间，从所述超 声波设备(10)向所述半导体材料(2)发射超声波脉冲，与此并行地，记录与时间和空间 有关的来自所述半导体材料(2)内部的对所述超声波脉冲的超声波回波信号，使得从整 块所述半导体材料(2)捕获所述半导体材料(2)的内部缺陷；在所述半导体材料(2)为圆柱状的情况下，在所述超声波设备(10)沿着所述半导体 材料(2)的长度(L)移动期间，捕获直到所述半导体材料(2)的中心(M)的至少一个扇 形区，或者在所述半导体材料(2)为长方体状的情况下，在所述超声波设备(10)沿着所 述半导体材料(2)的第一外表面的长度(L)移动期间，捕获直到所述半导体材料(2)的中 央面(3)的至少一个长方体(31)；以及通过介质(8)将所述超声波脉冲耦合到所述半导体材料(2)以及通过所述介质(8)耦 合来自所述半导体材料(2)的所述超声波回波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述半导体材料(2)为圆柱状的情况 下，所述半导体材料(2)能绕轴线(4)转动，以利用所述超声波设备(10)捕获随后的直 到所述半导体材料(2)的中心(M)的至少一个扇形区(21)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设置计算机控制，通过所述计算机 控制，以如下方式处理从圆柱状的所述半导体材料(2)的内部返回的所述超声波回波信 号使来自所述至少一个扇形区(21)的区域的超声波回波信号被处理并且使来自所述至 少一个扇形区(21)之外的超声波回波信号不被处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述半导体材料为长方体状的情况 下，横切所述半导体材料(2)的长度(L)地使所述超声波设备(10)移位，在所述超声波 设备(10)沿着所述半导体材料(2)的第一外表面的长度(L)的随后的移动期间，捕获直 到所述半导体材料(2)的中央面(3)的至少一个长方体(31)，并且在所述半导体材料(2) 的从所述第一表面(5a)到所述中央面(3)的所有长方体(31)被捕获之后，所述半导体材 料(2)翻转180°，以从第二外表面(5b)捕获其它长方体(31)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，设置计算机控制，通过所述计算机控 制，以如下方式处理从所述半导体材料(2)的内部返回的所述超声波回波信号使来自 直到所述中央面(3)的所述至少一个长方体(31)的区域的超声波回波信号被处理并且使 来自所述至少一个长方体之外的超声波回波信号不被处理。
6.—种用于无损检测半导体材料(2)的内部缺陷的设备，所述半导体材料(2)具有 长度(L)、横截面区(Q)以及与所述长度(L)对齐的侧面(5)，其中，所述用于无损检测 半导体材料的内部缺陷的设备被设计成检查圆柱状的半导体材料(2)或长方体状的半导 体材料(2)，超声波设备(10)被分配到所述半导体材料(2)，而且设置在所述超声波设备 (10)和所述半导体材料(2)的所述侧面(5)之间产生沿着所述半导体材料(2)的所述侧面 (5)的长度(L)的相对运动的机构(9)，所述用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备 的特征在于，所述超声波设备(10)和控制装置被设计成在所述半导体材料(2)为圆柱状的情况下，沿着所述半导体材料(2)的长度(L)，能检查直到所述半导体材料(2)的中 心(M)的至少一个扇形区，或者，在所述半导体材料(2)为长方体状的情况下，在所述 超声波设备(10)沿着所述半导体材料(2)的第一外表面的长度(L)移动期间，能检查直 到所述半导体材料(2)的中央面(3)的至少一个长方体(31)，其中，所述控制装置用于控 制所述超声波设备(10)和所述半导体材料(2)之间的相对运动、用于控制将超声波脉冲 发射到所述半导体材料(2)上以及与此并行地记录来自所述半导体材料(2)的内部的超声 波回波信号。
7.根据权利要求6所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在于， 所述超声波设备(10)包括与所述侧面(5)分离开的多个换能器(12)，并且从所述换能器 (12)进入所述半导体材料(2)的超声波脉冲以及从所述半导体材料(2)进入所述换能器 (12)的超声波回波信号经由介质耦合。
8.根据权利要求7所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在于， 所述介质是液体。
9.根据权利要求7所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在于， 所述介质是气体。
10.根据权利要求7所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，所述多个换能器(12)以相等的节距(40)布置成列。
11.根据权利要求7所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，所述多个换能器(12)以相等的节距(40)布置成矩阵(55)。
12.根据权利要求6所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，在所述半导体材料(2)为圆柱状的情况下，所述多个换能器(12)的列布置(50)相对 于所述半导体材料(2)的所述侧面(5)被布置成使得所述多个换能器(12)被定位成面对 所述半导体材料(2)的侧面的母线。
13.根据权利要求6所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，在所述半导体材料(2)为圆柱状的情况下，所述多个换能器(12)的矩阵布置相对于 所述半导体材料(2)的所述侧面(5)被布置成使得所述多个换能器(12)被定位成面对所 述半导体材料(2)的所述侧面(5)的至少一部分。
14.根据权利要求6所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，在所述半导体材料(2)为长方体状的情况下，所述多个换能器(12)的列布置(50)相 对于所述半导体材料(2)的所述侧面(5)的四个面中的一个面被布置成使得所述多个换能 器(12)基本上被定位成面对所述半导体材料(2)的该一个面的线。
15.根据权利要求6所述的用于无损检测半导体材料的内部缺陷的设备，其特征在 于，在所述半导体材料(2)为长方体状的情况下，所述多个换能器(12)的矩阵布置相对 于所述半导体材料(2)的所述侧面(5)的四个面中的一个面被布置成使得所述多个换能器 (12)被定位成面对所述半导体材料(2)的所述侧面(5)的四个面中的该一个面的至少一部 分。
全文摘要
公开了一种无损检测半导体材料(2)的内部缺陷的设备和方法。半导体材料(2)具有长度(L)、横截面区(Q)以及与所述长度(L)对齐的侧面(5)。超声波设备(10)被分配到所述半导体材料(2)。此外，设置在所述超声波设备(10)和半导体材料(2)的侧面(5)之间产生沿着半导体材料(2)的侧面(5)的长度(L)的相对运动的机构(9)。
文档编号G01N29/265GK102016563SQ200980114435
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月22日 优先权日2008年4月24日
发明者克劳斯·克莱玛 申请人:克莱玛博士声显微术研究所有限公司