[發(fā)明專利]一種硅薄膜材料應(yīng)力檢測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810008993.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN108387333A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱景程;孟建英;蔣丹蕊;劉日;王景峰;宋智青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;G01L1/24
• 代理公司: 深圳市漢唐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44399
• 代理人: 劉海軍

本發(fā)明涉及光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種硅薄膜材料應(yīng)力檢測系統(tǒng)。它包括沿Z軸方向順序設(shè)置的激光器、偏振分束器、四分之一波片、二分之一波片和應(yīng)力施加裝置，同時(shí)還包括用于接收偏振分束器上的反射光并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的反射光探測器、與反射光探測器相連的模擬鎖相放大器和向樣品施加調(diào)制電場并同時(shí)與模擬鎖相放大器相連的低頻信號(hào)發(fā)生器；應(yīng)力施加裝置包括定位盤、金屬固定桿和應(yīng)力施加桿。本發(fā)明利用應(yīng)力可以使硅材料產(chǎn)生線性電光效應(yīng)這一特點(diǎn)，通過三點(diǎn)法或四點(diǎn)法等方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)硅材料應(yīng)力的全面檢測目的；其結(jié)構(gòu)簡單、無需檢測人員具有豐富的背景知識(shí)，即可對(duì)硅薄膜材料進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的應(yīng)力檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種硅薄膜材料應(yīng)力檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，硅材料作為一種價(jià)格低廉、工藝成熟的半導(dǎo)體材料，不僅被作為集成電路的首選材料，而且被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品所涉及到的各個(gè)方面并在硅基光電子學(xué)領(lǐng)域具有越來越多的應(yīng)用價(jià)值。然而，由于受生產(chǎn)加工工藝水平(如淬火工藝水平)的限制以及其與其它材料接觸或者其本身邊緣處所存在周期性自然終止特性等因素的影響都會(huì)在硅材料中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的產(chǎn)生則會(huì)在很大程度上影響到硅材料及其應(yīng)用器件的性能和質(zhì)量。因此，對(duì)硅材料上存在的應(yīng)力分布及大小的測量和分析是硅基器件研究和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，而應(yīng)力檢測技術(shù)以及應(yīng)力檢測裝置的好壞也將直接影響到硅基器件的質(zhì)量與壽命，有著無比重要的意義。

目前，針對(duì)硅材料常用的應(yīng)力檢測技術(shù)主要有拉曼光譜法、會(huì)聚束電子衍射法、光彈法、四點(diǎn)應(yīng)變量測法和表面二次諧波法；其中：

拉曼光譜法是利用光的拉曼散射效應(yīng)通過測量應(yīng)變點(diǎn)處的原子振動(dòng)頻移來實(shí)現(xiàn)精確地測量該點(diǎn)處的應(yīng)力的；會(huì)聚束電子衍射法和光彈法則是對(duì)通過樣品作用后的光強(qiáng)及電子束的分布進(jìn)行分析來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力測量的。以上三種方法雖然測量精度高，但方法的實(shí)現(xiàn)需要測量人員具有相當(dāng)豐富的背景知識(shí)；因此，操作難度很大。

四點(diǎn)應(yīng)變量測法是利用四個(gè)施加應(yīng)變的支點(diǎn)，除了樣品邊緣處的兩個(gè)施加應(yīng)力的支點(diǎn)，在樣品近中心處還對(duì)稱存在兩個(gè)支撐支點(diǎn)以保證在中間兩點(diǎn)之內(nèi)很大的區(qū)域會(huì)發(fā)生單軸應(yīng)變；測量時(shí)，當(dāng)測量出樣品邊緣處的位移時(shí)，再利用四個(gè)支點(diǎn)的位置差即可計(jì)算出樣品的形變量。但這種方法只能測量出外力對(duì)樣品所產(chǎn)生的應(yīng)力，并不能測量出樣品本身存在的應(yīng)力。

表面二次諧波法是基于硅表面二次諧波現(xiàn)象(即：硅表面二次諧波是硅樣品中存在的應(yīng)力破壞其反演對(duì)稱性而產(chǎn)生的，通過外加應(yīng)力，可以抵消樣品本身應(yīng)力使測量到的二次諧波消失)對(duì)硅樣品表面的應(yīng)力進(jìn)行測量的方法，但該方法只能測量硅表面100nm左右的深度，無法對(duì)整個(gè)硅樣品進(jìn)行全面的測量。

基于此，有必要結(jié)合上述方法的優(yōu)劣互補(bǔ)特點(diǎn)，提供一種應(yīng)力檢測系統(tǒng)，以便通過更為適合的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)硅材料的應(yīng)力的全面檢測。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種硅薄膜材料應(yīng)力檢測系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種硅薄膜材料應(yīng)力檢測系統(tǒng)，它包括沿Z軸方向順序設(shè)置的一激光器、一用于將激光器的出射光束轉(zhuǎn)換為在X-Y軸平面作豎直振動(dòng)的線偏振光并將經(jīng)由樣品反射回的光束轉(zhuǎn)換為在X-Y軸平面內(nèi)作水平振動(dòng)的線偏振光的偏振分束器、用于對(duì)經(jīng)由偏振分束器透射的線偏振光和由樣品反射回的光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)整的四分之一波片和二分之一波片以及用于對(duì)放置的樣品沿Z軸方向施加應(yīng)力并通過角度調(diào)整使照射到樣品上的線偏振光經(jīng)由二分之一波片和四分之一波片原路反射至偏振分束器上的應(yīng)力施加裝置；它還包括用于接收偏振分束器上的反射光并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的反射光探測器、用于對(duì)反射光探測器輸出的信號(hào)進(jìn)行測量的模擬鎖相放大器以及用于沿樣品的X軸方向向樣品施加調(diào)制電場并同時(shí)向模擬鎖相放大器輸出參考信號(hào)的低頻信號(hào)發(fā)生器；