[發明專利]陣列光束薄膜應力測量裝置

無效

• 申請號: 201210062082.3
• 申請日: 2012-03-10
• 公開（公告）號: CN102636302A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 方運;王逸群;王瑋;張永紅;朱建軍;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 蘇州慧通知識產權代理事務所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

技術領域

本發明涉及光電測量領域的一種薄膜應力測量裝置，尤其涉及一種陣列光束薄膜應力測量裝置。

背景技術

薄膜材料與技術已廣泛應用于大規模集成電路、電子元器件、平板顯示、信息記錄與存儲、MEMS、太陽能電池、光通信和半導體照明等高新技術產業的各個領域。在薄膜制備過程中，薄膜與襯底熱膨脹系數、晶格常數的不匹配會導致生長的薄膜存在應力，同時薄膜生長過程中微觀結構的變化也會產生應力。過大的薄膜應力會導致薄膜開裂、卷曲甚至脫落現象發生。可以說，薄膜應力的大小直接影響著產品的成品率、穩定性、可靠性以及使用壽命等指標，薄膜應力測量裝置對薄膜質量的控制和評價顯得尤為重要。

激光束偏轉法是應用最廣泛的薄膜應力測量方法，它利用激光束照射到具有微小彎曲的樣品表面會使光束反射方向發生改變的特性，通過在較遠處測量反射光斑位置的偏移來測量基片曲率變化，然后根據材料力學和彈性力學理論建立薄膜應力與襯底宏觀形變量的關系，進而計算薄膜應力的大小。激光束偏轉法更加靈敏、測量精度更高，并且測量過程中與樣品表面不存在接觸，測量裝置可以放在離樣品較遠的位置，測量結果對薄膜生長設備產生的強電磁場以及高溫環境不敏感，可以安裝在薄膜沉積設備或材料外延設備外部，用于實時監測薄膜沉積過程中的應力變化。

在激光束偏轉法中，如圖1所示，鍍膜前、后襯底曲率變化與光斑位置變化之間的關系滿足

κ-κ0=cosα2Lδdd0]]>

其中：α為入射光束與襯底法線間的夾角，L為被測樣品A與圖像傳感器B間的距離，δd為距離被測襯底表面L處反射光光斑位置的變化量，d₀為薄膜沉積前距離被測襯底表面L處光斑的間距。

在激光束偏轉法中，單光束激光束偏轉法因其容易受環境振動干擾影響而難以應用于在線薄膜應力測量，隨后有學者提出采用雙光束和多光束的方法加以改進。在多光束實現方法中，法布里-珀羅標準具利用光束在平片上下表面多次反射實現一維多光束分束功能，而達曼光柵是一種二元相位衍射光學元件，它是通過改變兩種相位象元的占比和空間分布來實現多光束分束功能。然而，法布里-珀羅標準具和達曼光柵在設計和實現上具有一定的限制。

發明內容

本發明的目的在于針對現有激光束偏轉法薄膜應力測量的問題，提出一種陣列光束薄膜應力測量裝置，其可以測量微區薄膜應力分布，并可消除環境振動干擾帶來的應力測量誤差。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：一種陣列光束薄膜應力測量裝置，包括多光束圖形發生器和光束位置探測器，所述多光束圖形發生器包括激光器、倒置望遠準直光學系統、分束器和準直透鏡，其特征在于：所述分束器可產生陣列光束，所述陣列光束由陣列排布的復數個相互平行的單束平行光束組成。

此外，本發明還提出如下附屬技術方案：

所述分束器具有衍射光柵結構。

所述分束器為數字微鏡器件。

所述分束器為液晶空間光調制器。

所述陣列光束的排布方式為四方排列。

所述陣列光束的排布方式為六方排列。

所述陣列光束的排布方式為蜂窩排列。

所述陣列光束中的相鄰光束中心之間的間距為0.5～5mm。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明的多光束圖形發生器的分束器通過采用衍射光柵、數字微鏡器件或液晶空間光調制器等光學器件來產生陣列光束，進而搭建了陣列光束薄膜應力測量裝置，其可以測量微區薄膜應力分布，消除了環境振動干擾帶來的應力測量誤差，提高了薄膜應力測量精度。

附圖說明

圖1是薄膜應力測量原理圖。

圖2是對應于本發明陣列光束薄膜應力測量裝置的光路結構示意圖。

圖3是對應于本發明較佳實施例1的陣列光束分布示意圖。

圖4是對應于本發明較佳實施例2的陣列光束分布示意圖。

具體實施方式