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WO2009130230A1 - Verfahren und vorrichtung zur zerstörungsfreien ultraschalldetektion von defekten im inneren eines halbleitermaterials - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zerstörungsfreien ultraschalldetektion von defekten im inneren eines halbleitermaterials Download PDF

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WO2009130230A1
WO2009130230A1 PCT/EP2009/054773 EP2009054773W WO2009130230A1 WO 2009130230 A1 WO2009130230 A1 WO 2009130230A1 EP 2009054773 W EP2009054773 W EP 2009054773W WO 2009130230 A1 WO2009130230 A1 WO 2009130230A1
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WO
WIPO (PCT)
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semiconductor material
ultrasonic
arrangement
ultrasound
length
Prior art date
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PCT/EP2009/054773
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Krämer
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Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH
Institut fuer Akustomikroskopie Dr Kraemer GmbH
Original Assignee
Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH
Institut fuer Akustomikroskopie Dr Kraemer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH, Institut fuer Akustomikroskopie Dr Kraemer GmbH filed Critical Institut fur Akustomikroskopie Dr Kramer GmbH
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Priority to CN2009801144356A priority patent/CN102016563A/zh
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Priority to US12/906,726 priority patent/US20110061465A1/en
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
    • H10P72/0616—

Definitions

  • the present invention relates to a method for the non-destructive detection of defects in the interior of semiconductor material.
  • the semiconductor material has a length and a cross-sectional area.
  • the semiconductor material is thus a solid material from which the individual slices for the semiconductor products are cut.
  • the invention also relates to a device for nondestructive detection of defects in the interior of semiconductor material.
  • the semiconductor material has a length, a cross-sectional area and a lateral surface aligned along the length.
  • German patent application DE 10 2006 032 431 A1 discloses a method for detecting mechanical defects in a semiconductor material consisting of a rod piece.
  • the semiconductor material has at least one flat surface and a thickness of 1 cm to 100 cm measured perpendicular to this surface.
  • the planar surface of the rod piece is scanned with at least one ultrasonic head which is coupled via a liquid coupling medium to the flat surface of the rod piece.
  • an ultrasound pulse is directed at least on the flat surface of the rod piece and the echo of the ultrasound pulse emitted by the rod piece is recorded as a function of time, so that an echo of the flat surface, an echo of a surface opposite the flat surface of the rod piece and possibly further Echoes are detected, which are determined from the further echoes, the positions of mechanical defects in the rod piece.
  • the German patent application DE 29 36 882 discloses a testing device for detecting material defects in the interior of a workpiece.
  • the testing device is used in pressurized components in nuclear plants.
  • the test head is moved with a remote-controlled manipulator to the point to be tested.
  • the entire interior of the workpiece is not inspected for errors.
  • U.S. Patent 6,047,600 discloses a method of inspecting piezoelectric materials. The runtime method is used to investigate the uniformity of the material.
  • US Pat. No. 5,381,693 discloses an imaging ultrasonic device in which an object to be examined is scanned while the object is irradiated with ultrasound. The focus can be used to set the plane in the material that you want to examine.
  • the prior art does not allow a rod-shaped semiconductor material, of any size and shape, to be examined with an ultrasonic arrangement such that information about possible defects is obtained from the entire volume of the semiconductor material.
  • the object of the invention is to provide a method with which reliable defects can be detected in the interior of a semiconductor material.
  • the method according to the invention should provide an ultrasound image of the interior of the semiconductor material.
  • Another object of the invention is to provide a device with which defects in the interior of a semiconductor material can be localized non-destructively. Likewise, the locations of the defects in the interior of the semiconductor material are to be transferred to a processing machine for later processing of the semiconductor material.
  • the semiconductor material has a length and a cross-sectional area.
  • an ultrasonic arrangement is provided, wherein between the ultrasonic arrangement and a lateral surface of the semiconductor material, a relative movement is generated. From the ultrasound arrangement will be during the relative movement between the semiconductor material and the ultrasound assembly, emitting ultrasound pulses toward the semiconductor material. Parallel to this, an ultrasound echo signal emanating from the interior of the semiconductor material is recorded time-dependent and location-dependent, so that the defects in the interior of the semiconductor material are detected over the entire volume of the semiconductor material.
  • the ultrasound pulses and the ultrasound echo signal are coupled to the semiconductor material with a medium.
  • the medium can z. B. be a liquid. It is likewise conceivable for the ultrasound pulses and the ultrasound echo signal to be coupled to the semiconductor material via air or another gaseous medium.
  • the relative movement between the ultrasound assembly and the semiconductor material is generated by moving the ultrasound assembly along the length of the semiconductor material.
  • the semiconductor material may have a cylindrical shape. During the movement of the ultrasonic device along the length of the semiconductor material, at least one sector is detected up to the center of the semiconductor material. The cylindrical semiconductor material is rotated about an axis in order to detect, with the ultrasound arrangement, the next at least one sector up to the center of the semiconductor material. This is continued until the entire volume of the semiconductor material is detected and depicted.
  • a computer control is provided by which the returning from the interior of the semiconductor material ultrasonic echo signals are treated such that ultrasonic echo signals are processed from the range of at least one sector and the ultrasonic echo signals outside the sector not for the pictorial representation are processed.
  • the method according to the invention investigate a semiconductor material having a cuboid shape.
  • a semiconductor material having a cuboid shape Again, during the movement of the ultrasound array along the length of a first outer surface of the semiconductor material, at least one parallelepiped is detected up to a central area of the semiconductor material.
  • the ultrasonic arrangement is offset transversely to the length of the semiconductor material, so that during the subsequent movement of the ultrasonic arrangement along the length of the first outer surface of the semiconductor material at least one parallelepiped is detected up to the central area of the semiconductor material, and that, after the all cuboids are detected from the first surface to the central surface of the semiconductor material, the semiconductor material is rotated by 180 ° to detect further cuboids, starting from the second outer surface.
  • a computer control is provided by which the returning from the interior of the semiconductor material ultrasonic echo signals are treated such that ultrasonic echo signals are processed from the region of at least one cuboid to the center surface and the ultrasonic echo signals outside the at least one Cuboid can not be processed.
  • the device for nondestructive detection of defects in the interior of semiconductor material comprises an ultrasonic device which is associated with the semiconductor material. Likewise, a device for generating a relative movement between the ultrasonic arrangement along the length of the lateral surface of the semiconductor material is provided.
  • the ultrasonic device may comprise a plurality of transducers which are spaced from the lateral surface.
  • the ultrasound pulses emanating from the transducers are coupled into the semiconductor material via a medium.
  • liquid or gaseous media are conceivable.
  • the transducers should be designed according to their performance.
  • the plurality of transducers are each arranged in series with an equal spacing. Another embodiment is that the plurality of transducers are each arranged at equal distances in a matrix.
  • Figure 1 shows a schematic view of the device for non-destructive detection of defects in the interior of cylindrical semiconductor material.
  • Figure 2 shows a schematic view of the device for non-destructive detection of defects in the interior of cuboid semiconductor material.
  • FIG. 3 shows a plan view of the circular cross-sectional area and the linear ultrasound arrangement for this purpose.
  • FIG. 4 shows a plan view of the circular cross-sectional area and the matrix-like ultrasound arrangement for this purpose.
  • FIG. 5 shows a top view of the rectangular cross-sectional area and the linear ultrasound arrangement for this purpose.
  • FIG. 6 shows a top view of the rectangular cross-sectional area and the matrix-like ultrasound arrangement for this purpose.
  • Figure 7 shows a possible embodiment of the linear arrangement of the individual transducers with respect to the lateral surface of the semiconductor material.
  • Figure 8 shows a possible embodiment of the matrix-like arrangement of the individual transducers with respect to the lateral surface of the semiconductor material.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the device 1 for non-destructive detection of defects in the interior of cylindrical semiconductor material 2.
  • semiconductor materials 2 can be examined with any cross-section Q.
  • the semiconductor material 2 has a circular cross-section Q.
  • the cross-sectional shapes shown here are not to be construed as limiting the invention.
  • the semiconductor material 2 to be examined is positioned in a container 6 which is filled with a liquid 8.
  • the ultrasound assembly 10 has a plurality of transducers 12, of which the emitted ultrasound pulses are coupled via the liquid 8 to the semiconductor material 1.
  • a liquid is shown in the figures as the medium used, it should not be construed as limiting the invention. It is likewise conceivable for the ultrasound pulses and the ultrasound echo signal to be coupled to the semiconductor material via air or another gaseous medium.
  • the air coupling is not shown in the drawings, it is obvious to a person skilled in the art how the transducers in terms of To make performance are, so that the air coupling provides satisfactory results with respect to the defects in the interior of the semiconductor material 1. According to the in FIG.
  • the ultrasound assembly 10 can be moved relative to the semiconductor material 2 along its length L.
  • a control and evaluation device 14 is provided.
  • the control and evaluation device 14 thus also serves to control the relative movement between the ultrasound assembly 10 and the semiconductor material 2, for controlling the delivery of ultrasound pulses to the semiconductor material 2 and in parallel also for receiving the emanating from the interior of the semiconductor material 2 ultrasonic echo signal.
  • the relative movement takes place along the length L of the semiconductor material 2.
  • the semiconductor material 2 is rotatably mounted about an axis 4.
  • the direction of rotation of the rod-shaped semiconductor material 2 is indicated in FIG. 1 by the arrow 4a.
  • the ultrasonic arrangement 10 is arranged opposite the lateral surface 5 of the semiconductor material 2.
  • Figure 2 shows a schematic view of the device 1 for non-destructive detection of defects in the interior of cuboid semiconductor material 2.
  • the ultrasonic assembly 10 is initially opposite to a first surface 5a of the lateral surface 5 of the semiconductor material 2 opposite.
  • the first surface 5a of the lateral surface 5 of the semiconductor material 2 is scanned with the ultrasound assembly 10.
  • the interior of the semiconductor material 2 is thus detected up to a central area 3.
  • the semiconductor material 2 is rotated through 180 °, and the second surface 5b, which lies opposite the first surface 5a, is scanned.
  • the second part of the volume of the semiconductor material 2 is detected.
  • FIG. 3 shows a plan view of the circular cross-sectional area 20 and the linear ultrasound arrangement 10.
  • the at least one transducer 12 of the ultrasound arrangement 10 is arranged such that it faces a line (see FIG. 7) of the lateral surface 5.
  • the ultrasonic arrangement 10 and the control and evaluation device 14 cooperate in such a way that a circular sector 21 is picked up by the semiconductor material 2 up to the center M of the semiconductor material 2.
  • the circular sector 21 extends along the length L of the semiconductor material 2. If a circular sector 21 is detected, the semiconductor material 2 is rotated about the axis 4 and the next circular sector 21 is detected with the ultrasound assembly 10.
  • FIG. 4 shows a plan view of the circular cross-sectional area 20 and the linear ultrasound arrangement 10.
  • the ultrasound arrangement 10 comprises a plurality of transducers 12 which are arranged in a matrix. In the illustration shown in FIG. 4, one looks at the first row of the matrix.
  • the transducers 12 are arranged in relation to the semiconductor material 2 in such a way that each transducer 12 has the same distance from the lateral surface 5 of the semiconductor material 2.
  • the ultrasonic arrangement 10 and the control and evaluation device 14 cooperate in such a way that a circular sector 21 is picked up by the semiconductor material 2 up to the center M of the semiconductor material 2.
  • the circular sector 21 extends along the length L of the semiconductor material 2. If a circular sector 21 is detected, the semiconductor material 2 is rotated about the axis 4 and the next circular sector 21 is detected with the ultrasound assembly 10.
  • the circular sector 21 detected with the matrix arrangement is larger than the circular sector which is detected by the linear arrangement of a plurality of transducers 12.
  • FIG. 5 shows a plan view of the rectangular cross-sectional area 30 and the linear ultrasound arrangement 10.
  • the at least one transducer 12 of the ultrasound arrangement 10 is arranged such that it faces a part of the first area 5a of the lateral surface 5.
  • the ultrasonic arrangement 10 and the control and evaluation device 14 cooperate in such a way that a cuboid 31 is received by the semiconductor material 2 as far as the central area 3 of the semiconductor material 2.
  • the cuboid 31 extends along the length L of the semiconductor material 2. If a cuboid 31 is detected, the ultrasound assembly 10 is displaced (in the direction of the arrow 32), so that the next cuboid can be detected with the ultrasound assembly 10.
  • the semiconductor material 2 is rotated by 180 °. Then, the plurality of cuboids 31, starting from the second surface 5b of the lateral surface 5 to the central surface 3, are detected.
  • the cross-section 30 may also have the shape of a square or deviate slightly from the rectangular or square shape.
  • FIG. 6 shows a top view of the rectangular cross-sectional area 30 and the matrix-like ultrasound arrangement 10 for detecting the entire volume of the semiconductor material 2.
  • the difference from the embodiment shown in FIG. 5 is that that with the matrix arrangement of the transducer 12, a larger cuboid 31 than in the arrangement of Figure 5 can be detected.
  • the individual transducers 12 of the matrix arrangement are arranged substantially parallel to the first surface 5a and to the second surface 5b.
  • Figure 7 shows a possible embodiment of the linear arrangement of the individual transducers 12 with respect to the lateral surface 5 of the semiconductor material 2.
  • the first surface 5a of the semiconductor material 2 is scanned with the linear array (array 50) of the transducers 12.
  • the individual transducers 12 are arranged one another in the direction of the length L of the semiconductor material 2, each with the same spacing 40.
  • the row arrangement 50 is offset by the amount of the distance 40. As a result, at least part of the volume of the semiconductor material 2 is detected in a relatively short time.
  • the series arrangement 50 of the transducers 12 is offset perpendicularly to the length L of the semiconductor material 2. This is continued until the entire first surface 5a is scanned and the corresponding volume of the semiconductor material 2 is detected.
  • FIG. 8 shows a possible embodiment of the matrix-like arrangement of the individual transducers 12 with respect to the first surface 5a of the lateral surface 5 of the semiconductor material 4.
  • the entire matrix 55 of the transducers 12 is displaced according to the sequence shown in FIG. It is understood that with the matrix 55, a larger area of the volume of the semiconductor material 2 can be detected, as in the embodiment shown in Figure 7.
  • With a matrix arrangement also increases the cost of the signal processing of the coming back from the interior of the semiconductor material 2 ultrasonic echo signal.

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Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial (2) offenbart. Das Halbleitermaterial (2) besitzt eine Länge (L), eine Querschnittfläche (Q) und eine entlang der Länge (L) ausgerichtete Mantelfläche (5). Eine Ultraschallanordnung (10) ist dem Halbleitermaterial (2) zugeordnet. Ebenso ist eine Einrichtung (9) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Ultraschallanordnung (10) und entlang der Länge (L) der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) vorgesehen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ZERSTÖRUNGSFREIEN ULTRASCHALLDETEKTION VON DEFEKTEN IM INNEREN EINES HALBLEITERMATERIALS
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial besitzt eine Länge und eine Querschnittfläche. Das Halbleitermaterial ist also ein massives Material, aus dem die einzelnen Scheiben für die Halbleiterprodukte geschnitten werden.
[0002] Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial besitzt eine Länge, eine Querschnittfläche und eine entlang der Länge ausgerichtete Mantelfläche.
[0003] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 032 431 A1 offenbart ein Verfahren zur Detektion von mechanischen Defekten in einem aus Halbleitermaterial, das aus einem Stabstück besteht. Das Halbleitermaterial besitzt zumindest eine ebene Fläche und eine senkrecht zu dieser Fläche gemessene Dicke von 1 cm bis 100 cm. Bei dem Verfahren wird die ebene Fläche des Stabstücks mit zumindest einem Ultraschallkopf abgerastert, der über ein flüssiges Kopplungsmedium an die ebene Fläche des Stabstücks angekoppelt ist. An jedem Messpunkt wird zumindest auf die ebene Fläche des Stabstücks ein Ultraschall-Puls gerichtet und das vom Stabstück ausgehende Echo des Ultraschall-Pulses zeitabhängig aufgezeichnet, sodass ein Echo der ebenen Fläche, ein Echo einer der ebenen Fläche gegenüberliegenden Fläche des Stabstücks sowie ggf. weitere Echos detektiert werden, wobei aus den weiteren Echos die Positionen von mechanischen Defekten im Stabstück ermittelt werden.
[0004] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 29 36 882 offenbart eine Prüfeinrichtung zur Feststellung von Materialfehlern in Inneren eines Werkstücks. Die Prüfeinrichtung wird bei druckführenden Komponenten in Nuklearanlagen eingesetzt. Der Prüfkopf wird mit einem fernsteuerbaren Manipulator an die zu prüfende Stelle verfahren. Es wird nicht das komplette Innere des Werkstücks auf Fehler untersucht.
[0005] Das US-Patent 6.047,600 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung von piezoelektrischen Materialien. Dazu wird das Laufzeit-Verfahren angewendet, um die Einheitlichkeit des Materials zu untersuchen. [0006] Das US-Patent 5,381 ,693 offenbart eine abbildende Ultraschallvorrichtung, bei der ein zu untersuchendes Objekt abgescannt wird, während das Objekt mit Ultraschall bestrahlt wird. Mittels des Fokus kann diejenige Ebene im Material eingestellt werden, die man untersuchen will.
[0007] Die internationale Patentanmeldung WO 02/40987 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur akustischen, mikroskopischen Untersuchung von flachen Substraten. Die zu untersuchenden Substrate werden in eine Nasszelle überführt, in der der Ultraschall angekoppelt wird.
[0008] Der Stand der Technik erlaubt es nicht ein stabförmiges Halbleitermaterial, beliebiger Größe und Form, derart mit einer Ultraschallanordnung zu untersuchen, dass man vom gesamten Volumen des Halbleitermaterials Information über mögliche Defekte erhält.
[0009] Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem zuverlässig Defekte im Inneren eines Halbleitermaterials erfasst werden können. Ebenso soll das erfindungsgemäße Verfahren ein Ultraschallbild vom Inneren des Halbleitermaterials liefern.
[0010] Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
[001 1] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Defekte in Innern eines Halbleitermaterials zerstörungsfrei lokalisierbar sind. Ebenso sollen die Orte der Defekte im Innern des Halbleitermaterials für die spätere Verarbeitung des Halbleitermaterials an eine Verarbeitungsmaschine übergeben werden.
[0012] Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 6 umfasst.
[0013] Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass mit der gegenwärtigen Erfindung zerstörungsfrei die Detektion von Defekten im Inneren von einem stabförmigen Halbleitermaterial möglich ist. Das Halbleitermaterial besitzt eine Länge und eine Querschnittfläche.
[0014] Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Ultraschallanordnung vorgesehen, wobei zwischen der Ultraschallanordnung und einer Mantelfläche des Halbleitermaterials eine Relativbewegung erzeugt wird. Von der Ultraschallanordnung werden während der Relativbewegung zwischen dem Halbleitermaterial und der Ultraschallanordnung, Ultraschall-Pulse auf das Halbleitermaterial hin ausgesendet. Parallel dazu wird ein vom Innern des Halbleitermaterials ausgehendes Ultraschall-Echosignal der Ultraschall-Pulse zeit- und ortsabhängig aufgezeichnet, so dass die Defekte im Innern des Halbleitermaterials über das gesamte Volumen des Halbleitermaterials erfasst werden. Die Ultraschall-Pulse und das Ultraschall-Echosignal werden mit einem Medium an das Halbleitermaterial gekoppelt. Das Medium kann z. B. eine Flüssigkeit sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Ultraschall-Pulse und das Ultraschall-Echosignal über Luft oder ein anderes gasförmiges Medium an das Halbleitermaterial gekoppelt werden.
[0015] Die Relativbewegung zwischen der Ultraschallanordnung und dem Halbleitermaterial wird dadurch erzeugt, dass die Ultraschallanordnung entlang der Länge des Halbleitermaterials bewegt wird.
[0016] Das Halbleitermaterial kann eine zylinderförmige Gestalt besitzen. Während der Bewegung der Ultraschallanordnung entlang der Länge des Halbleitermaterials wird mindestens ein Sektor bis zum Mittelpunkt des Halbleitermaterials erfasst. Das zylinderförmige Halbleitermaterial wird um eine Achse gedreht, um mit der Ultraschallanordnung den nächstfolgenden mindestens einen Sektor bis zum Mittelpunkt des Halbleitermaterials zu erfassen. Dies wird solange fortgesetzt, bis das gesamte Volumen des Halbleitermaterials erfasst und bildlich dargestellt ist.
[0017] Ferner ist eine Rechnersteuerung vorgesehen, durch die die vom Innern des Halbleitermaterials zurückkommenden Ultraschall-Echosignale derart behandelt werden, dass Ultraschall-Echosignale aus dem Bereich des mindestens einen Sektors verarbeitet werden und die Ultraschall-Echosignale außerhalb des Sektors nicht für die bildliche Darstellung verarbeitet werden.
[0018] Ebenso ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ein Halbleitermaterial zu untersuchen, das eine quaderförmige Gestalt besitzt. Auch hier wird während der Bewegung der Ultraschallanordnung entlang der Länge einer ersten Außenfläche des Halbleitermaterials mindestens ein Quader bis zu einer Mittenfläche des Halbleitermaterials hin erfasst. Die Ultraschallanordnung wird quer zur Länge des Halbleitermaterials versetzt, sodass während der folgenden Bewegung der Ultraschallanordnung entlang der Länge der ersten Außenfläche des Halbleitermaterials mindestens ein Quader bis zur Mittenfläche des Halbleitermaterials erfasst wird, und dass, nach- dem alle Quader von der ersten Fläche ausgehend bis zur Mittenfläche des Halbleitermaterials erfasst sind, das Halbleitermaterial um 180° gedreht wird, um weitere Quader, von der zweiten Außenfläche ausgehend, zu erfassen.
[0019] Auch hier ist eine Rechnersteuerung vorgesehen, durch die die vom Innern der Halbleitermaterials zurückkommenden Ultraschall-Echosignale derart behandelt werden, dass Ultraschall-Echosignale aus dem Bereich des mindestens einen Quaders bis zur Mittenfläche verarbeitet werden und die Ultraschall-Echosignale außerhalb des mindestens einen Quaders nicht verarbeitet werden.
[0020] Die Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial umfasst eine Ultraschallanordnung, die dem Halbleitermaterial zugeordnet ist. Ebenso ist eine Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Ultraschallanordnung entlang der Länge der Mantelfläche des Halbleitermaterials vorgesehen.
[0021] Die Ultraschallanordnung kann mehrere Transducer umfassen, die von der Mantelfläche beabstandet sind. Die von den Transducern ausgehenden Ultraschall- Pulse werden in das Halbleitermaterial über ein Medium gekoppelt. Es sind hierfür flüssige oder gasförmige Medien denkbar. Je nach verwendetem Medium sind die Transducer hinsichtlich ihrer Leistung entsprechend auszugestalten.
[0022] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren Transducer jeweils mit einem gleichen Abstand in Reihe angeordnet. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die mehreren Transducer jeweils mit einem gleichen Abstand in einer Matrix angeordnet sind.
[0023] Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
[0024] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von zylinderförmigem Halbleitermaterial.
[0025] Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von quaderförmigem Halbleitermaterial.
[0026] Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die kreisförmige Querschnittfläche und die lineare Ultraschallanordnung hierzu. [0027] Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die kreisförmige Querschnittfläche und die matrixartige Ultraschallanordnung hierzu.
[0028] Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die rechteckförmige Querschnittfläche und die lineare Ultraschallanordnung hierzu.
[0029] Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf die rechteckförmige Querschnittfläche und die matrixartige Ultraschallanordnung hierzu.
[0030] Figur 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform der linearen Anordnung der einzelnen Transducer in Bezug auf die Mantelfläche des Halbleitermaterials.
[0031] Figur 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform der matrixartigen Anordnung der einzelnen Transducer in Bezug auf die Mantelfläche des Halbleitermaterials.
[0032] Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
[0033] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der Vorrichtung 1 zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von zylinderförmigem Halbleitermaterial 2. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können Halbleitermaterialien 2 mit beliebigen Querschnitt Q untersucht werden. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform besitzt das Halbleitermaterial 2 einen kreisförmigen Querschnitt Q. Die hier gezeigten Querschnittsformen sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist es möglich, das stabförmige Halbleitermaterial 2 mit beliebigen Querschnittsformen zu untersuchen.
[0034] Das zu untersuchende Halbleitermaterial 2 ist dabei in einem Behältnis 6 positioniert, das mit einer Flüssigkeit 8 gefüllt ist. Die Ultraschallanordnung 10 besitzt mehrere Transducer 12, von denen der abgegebenen Ultraschall-Pulse über die Flüssigkeit 8 an das Halbleitermaterial 1 gekoppelt sind. Obwohl in den Figuren als verwendetes Medium eine Flüssigkeit gezeigt ist, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Ultraschall-Pulse und das Ultraschall-Echosignal über Luft oder ein anderes gasförmiges Medium an das Halbleitermaterial gekoppelt werden. Die Luftankopplung ist nicht in den Zeichnungen dargestellt, für einen Fachmann ist es selbstverständlich, wie die Transducer hinsichtlich der Leistung auszubilden sind, damit die Luftankopplung zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich der Defekte im Innern des Halbleitermaterials 1 liefert. Gemäß dem in Figur
1 dargestellten Doppelpfeil 9 kann die Ultraschallanordnung 10 relativ zum Halbleitermaterial 2 entlang dessen Länge L verschoben werden. Eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 ist vorgesehen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 dient somit auch zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Ultraschallanordnung 10 und dem Halbleitermaterial 2, zur Steuerung der Abgabe von Ultraschall-Pulsen auf das Halbleitermaterial 2 und parallel dazu auch zum Aufnehmen des vom Innern des Halbleitermaterials 2 ausgehenden Ultraschall-Echosignal. Die Relativbewegung erfolgt entlang der Länge L des Halbleitermaterials 2. Um das Gesamte Volumen des Halbleitermaterials
2 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu erfassen, ist das Halbleitermaterial 2 um eine Achse 4 drehbar gelagert. Die Drehrichtung des stabförmigen Halbleitermaterials 2 ist in Figur 1 mit dem Pfeil 4a angedeutet. Die Ultraschallanordnung 10 ist der Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 2 gegenüberliegend angeordnet.
[0035] Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht der Vorrichtung 1 zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von quaderförmigem Halbleitermaterial 2. Hier ist die Ultraschallanordnung 10 zunächst gegenüber einer ersten Fläche 5a der Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 2 gegenüberliegt. Zunächst wird die erste Fläche 5a der Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 2 mit der Ultraschallanordnung 10 abgerastert. Mit der Ultraschallanordnung 10 wird somit das Innere des Halbleitermaterials 2 bis zu einer Mittenfläche 3 erfasst. Nachdem dieser Teil des Halbleitermaterials 2 er- fasst ist, wird das Halbleitermaterial 2 um 180° gedreht, und die zweite Fläche 5b, welche der ersten Fläche 5a gegenüberliegt, abgerastert. Damit wird der zweite Teil des Volumens des Halbleitermaterials 2 erfasst.
[0036] Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die kreisförmige Querschnittfläche 20 und die lineare Ultraschallanordnung 10. Der mindestens eine Transducer 12 der Ultraschallanordnung 10 ist dabei derart angeordnet, dass er einer Linie (siehe Fig. 7) der Mantelfläche 5 gegenüberliegt. Die Ultraschallanordnung 10 und die Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 wirken dabei derart zusammen, dass von dem Halbleitermaterial 2 ein Kreissektor 21 bis zum Mittelpunkt M des Halbleitermaterials 2 hin aufgenommen wird. Der Kreissektor 21 erstreckt sich entlang der Länge L des Halbleitermaterials 2. Ist ein Kreissektor 21 erfasst, wird das Halbleitermaterial 2 um die Achse 4 gedreht und der nächstfolgende Kreissektor 21 wird mit der Ultraschallanordnung 10 erfasst. [0037] Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die kreisförmige Querschnittfläche 20 und die lineare Ultraschallanordnung 10. Die Ultraschallanordnung 10 umfasst mehrere Trans- ducer 12 die in einer Matrix angeordnet sind. Bei der in Figur 4 gezeigten Darstellung blickt man auf die erste Zeile der Matrix. Die Transducer 12 sind dabei derart in Bezug auf das Halbleitermaterial 2 angeordnet, dass jeder Transducer 12 von der Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 2 den gleichen Abstand aufweist. Die Ultraschallanordnung 10 und die Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 wirken dabei derart zusammen, dass von dem Halbleitermaterial 2 ein Kreissektor 21 bis zum Mittelpunkt M des Halbleitermaterials 2 hin aufgenommen wird. Der Kreissektor 21 erstreckt sich entlang der Länge L des Halbleitermaterials 2. Ist ein Kreissektor 21 erfasst, wird das Halbleitermaterial 2 um die Achse 4 gedreht und der nächstfolgende Kreissektor 21 wird mit der Ultraschallanordnung 10 erfasst. Der mit der Matrixanordnung erfasste Kreissektor 21 ist größer als der Kreissektor, der mit der linearen Anordnung von mehreren Transdu- cern 12 erfasst wird.
[0038] Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die rechteckförmige Querschnittfläche 30 und die lineare Ultraschallanordnung 10. Der mindestens eine Transducer 12 der Ultraschallanordnung 10 ist dabei derart angeordnet, dass er einem Teil der ersten Fläche 5a der Mantelfläche 5 gegenüberliegt. Die Ultraschallanordnung 10 und die Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 (siehe Figur 1 ) wirken dabei derart zusammen, dass von dem Halbleitermaterial 2 ein Quader 31 bis zur Mittenfläche 3 des Halbleitermaterials 2 hin aufgenommen wird. Der Quader 31 erstreckt sich entlang der Länge L des Halbleitermaterials 2. Ist ein Quader 31 erfasst, wird die Ultraschallanordnung 10 versetz (in Richtung des Pfeils 32), sodass der nächste Quader mit der Ultraschallanordnung 10 erfasst werden kann. Nachdem alle Quader 31 , ausgehend von der ersten Fläche 5a bis zu Mittelfläche 3a erfasst sind, wird das Halbleitermaterial 2 um 180° gedreht. Dann werden die Vielzahl der Quader 31 , ausgehend von der zweiten Fläche 5b der Mantelfläche 5 bis zur Mittenfläche 3, erfasst. Dadurch ist es möglich, das gesamte Volumen des Halbleitermaterials 2 mit einem rechteckförmigen Querschnitt 30 zu erfassen. Obwohl sich die Beschreibung auf eine rechteckförmige Form beschränkt, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Der Querschnitt 30 kann auch die Form eines Quadrats besitzen oder etwas von der rechteckigen oder quadratischen Form abweichen.
[0039] Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf die rechteckförmige Querschnittfläche 30 und die matrixartige Ultraschallanordnung 10 zur Erfassung des gesamten Volumens des Halbleitermaterials 2. Der Unterschied zu der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform ist, dass mit der Matrixanordnung der Transducer 12 ein größerer Quader 31 als bei der Anordnung der Figur 5 erfasst werden kann. Die einzelnen Transducer 12 der Matrixanordnung sind dabei im Wesentlichen parallel zu der ersten Fläche 5a bzw. zu der zweiten Fläche 5b angeordnet.
[0040] Figur 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform der linearen Anordnung der einzelnen Transducer 12 in Bezug auf die Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 2. In der hier dargestellten Ausführungsform wird z.B. die erste Fläche 5a des Halbleitermaterials 2 mit der linearen Anordnung (Reihenanordnung 50) der Transducer 12 abgescannt. Die einzelnen Transducer 12 sind voneinander in Richtung der Länge L des Halbleitermaterials 2 mit jeweils dem gleichen Abstand 40 angeordnet. Für die Erfassung eines Quaders 31 des Inneren des Halbleitermaterials 2 bis zur Mittenfläche 3 (siehe Figur 5) wird die Reihenanordnung 50 um den Betrag des Abstandes 40 versetzt. Dadurch wird in relativ kurzer Zeit zumindest ein Teil des Volumens des Halbleitermaterials 2 erfasst. Für den nächsten Abschnitt des zu erfassenden Volumens des Halbleitermaterials 2 wird der Reihenanordnung 50 der Transducer 12 senkrecht zur Länge L des Halbleitermaterials 2 versetzt. Anschließend erfolgt wiederum ein Verschieben der Reihenanordnung 50 um den Betrag des Abstandes 40. Dies wird solange ausgeführt, bis die gesamte erste Fläche 5a abgerastert und das entsprechende Volumen des Halbleitermaterials 2 erfasst ist.
[0041] Figur 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform der matrixartigen Anordnung der einzelnen Transducer 12 in Bezug auf die erste Fläche 5a der Mantelfläche 5 des Halbleitermaterials 4. Die gesamte Matrix 55 der Transducer 12 wird entsprechend der in Figur 7 gezeigten Abfolge verschoben. Es ist selbstverständlich, dass mit der Matrix 55 ein größerer Bereich des Volumens der Halbleitermaterials 2 erfasst werden kann, als bei der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform. Mit einer Matrixanordnung steigt auch der Aufwand, des mit der Signalverarbeitung des aus dem Inneren der Halbleitermaterials 2 zurückkommenden Ultraschall-Echosignals.
[0042] Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial (2), das eine Länge (L) und eine Querschnittfläche (Q) besitzt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
• dass eine Ultraschallanordnung (10) vorgesehen ist, wobei zwischen der Ultraschallanordnung (10) und einer Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) eine Relativbewegung erzeugt wird, die die Ultraschallanordnung (10) entlang der Länge (L) des Halbleitermaterials (2) bewegt;
• dass von der Ultraschallanordnung (10) während der Relativbewegung zwischen dem Halbleitermaterial (2) und der Ultraschallanordnung (10), Ultraschall-Pulse auf das Halbleitermaterial (2) hin ausgesendet werden, dass parallel dazu ein vom Innern des Halbleitermaterials (2) ausgehendes Ultraschall- Echosignal der Ultraschall-Pulse zeit- und ortsabhängig aufgezeichnet wird, so dass die Defekte im Innern des Halbleitermaterials (2) über das gesamte Volumen des Halbleitermaterials (2) erfasst werden;
• dass das Halbleitermaterial (2) eine zylinderförmige Gestalt besitzt und dass während der Bewegung der Ultraschallanordnung (10) entlang der Länge (L) des Halbleitermaterials (2) mindestens ein Sektor bis zu einem Mittelpunkt (M) des Halbleitermaterials (2) erfasst wird oder dass das Halbleitermaterial (2) eine quaderförmige Gestalt besitzt und dass während der Bewegung der Ultraschallanordnung (10) entlang der Länge (L) einer ersten Außenfläche des Halbleitermaterials (2) mindestens ein Quader (31 ) bis zu einer Mittenfläche (3) des Halbleitermaterials (2) erfasst wird; und
• dass die Ultraschall-Pulse und das Ultraschall-Echosignal mit einem Medium (8) an das Halbleitermaterial (2) gekoppelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zylinderförmigen Halbleitermaterial (2) das Halbleitermaterial (2) um eine Achse (4) gedreht wird, um mit der Ultraschallanordnung (10) den nächst folgenden mindestens einen Sektor (21 ) bis zu einem Mittelpunkt (M) des Halbleitermaterials (2) zu erfassen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnersteuerung vorgesehen ist, durch die die vom Innern des zylinderförmigen Halbleitermaterials (2) zurückkommenden Ultraschall-Echosignale derart behandelt werden, dass Ultraschall-Echosignale aus dem Bereich des mindestens einen Sektors (21 ) verarbeitet werden und die Ultraschall-Echosignale außerhalb des Sektors (21 ) nicht verarbeitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der quaderförmigen Gestalt des Halbleitermaterials die Ultraschallanordnung (10) quer zur Länge (L) des Halbleitermaterials (2) versetzt wird, dass während der folgenden Bewegung der Ultraschallanordnung (10) entlang der Länge (L) der ersten Außenfläche des Halbleitermaterials (2) der mindestens eine Quader (31 ) bis zur Mittenfläche (3) des Halbleitermaterials (2) erfasst wird, und dass nachdem alle Quader (31 ) von der ersten Fläche (5a) ausgehend bis zur Mittenfläche (3) des Halbleitermaterials (2) erfasst sind, das Halbleitermaterial (2) um 180° gedreht wird, um den weiteren Quader (31 ) von der zweiten Außenfläche (5b) ausgehend, zu erfassen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnersteuerung vorgesehen ist, durch die die vom Innern der Halbleitermaterials (2) zurückkommenden Ultraschall-Echosignale derart behandelt werden, dass Ultraschall- Echosignale aus dem Bereich des mindestens einen Quaders (31 ) bis zur Mittenfläche (3) verarbeitet werden und die Ultraschall-Echosignale außerhalb des mindestens einen Quaders nicht verarbeitet werden.
6. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Detektion von Defekten im Inneren von Halbleitermaterial (2), wobei das Halbleitermaterial (2) eine Länge (L), eine Querschnittfläche (Q) und eine entlang der Länge (L) ausgerichtete Mantelfläche (5) besitzt und wobei die Vorrichtung zur Untersuchung von Halbleitermaterial (2) mit einer zylinderförmigen Gestalt oder Halbleitermaterial (2) mit einer quaderförmigen Gestalt ausgestaltet ist, eine Ultraschallanordnung (10) dem Halbleitermaterial (2) zugeordnet ist, und dass eine Einrichtung (9) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Ultraschallanordnung (10) und entlang Länge (L) der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallanordnung (10) und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Ultraschallanordnung (10) und dem Halbleitermaterial (2), zur Steuerung der Abgabe von Ultraschall-Pulsen auf das Halbleitermaterial (2) und parallel dazu zum Aufnehmen eines vom Innern des Halbleitermaterials (2) ausgehenden Ultraschall-Echosignals derart ausgestaltet ist, dass bei zylinderförmiger Gestalt des Halbleitermaterials (2) entlang der Länge (L) des Halbleitermaterials (2) mindestens ein Sektor bis zu einem Mittelpunkt (M) des Halbleitermaterials (2) erfassbar ist oder dass bei einer quaderförmigen Gestalt des Halbleitermaterials (2) während der Bewegung der Ultraschallanordnung (10) entlang der Länge (L) einer ersten Außenfläche des Halbleitermaterials (2) mindestens ein Quader (31 ) bis zu einer Mittenfläche (3) des Halbleitermaterials (2) erfassbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallanordnung (10) mehrere Transducer (12) umfasst; die von der Mantelfläche (5) beabstandet sind und dass die Ultraschall-Pulse von den Transducern (12) in das Halbleitermaterial (2) und das Ultraschall-Echosignal aus dem Halbleitermaterial (2) in die Transducer (12) über ein Medium gekoppelt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium eine Flüssigkeit ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium gasförmig ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Transducer (12) jeweils mit einem gleichen Abstand (40) in Reihe angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Transducer (12) jeweils mit einem gleichen Abstand (40) in einer Matrix (55) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Halbleitermaterial (2) mit zylinderförmiger Gestalt eine Reihenanordnung (50) der Transducer (12) derart in Bezug auf die Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) angeordnet ist, dass die Transducer (12) einer Mantellinie des Halbleitermaterials(2) gegenüberliegen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Halbleitermaterial (2) mit zylinderförmiger Gestalt eine eine Matrixanordnung der Transducer (12) derart in Bezug auf die Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) angeordnet ist, dass die Transducer (12) mindestens einem Segment der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) gegenüberliegen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Halbleitermaterial (2) mit quaderförmiger Gestalt eine Reihenanordnung (50) der Transducer (12) derart in Bezug auf einer der vier Flächen der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) angeordnet ist, dass die Transducer (12) im Wesentlichen einer Linie der Fläche des Halbleitermaterials (2) gegenüberliegen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Halbleitermaterial (2) mit quaderförmiger Gestalt eine Matrixanordnung der Transducer (12) derart in Bezug auf eine der vier Flächen der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) angeordnet ist, dass die Transducer (12) mindestens einem Teil einer der vier Flächen der Mantelfläche (5) des Halbleitermaterials (2) gegenüberliegen.
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