[發(fā)明專利]一種超快速的硅基表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810215816.4
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108445017A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李朝暉;王紹祥;馮元華;甄智燊;吳振華
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發(fā)明涉及硅基表面質(zhì)量檢測的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超快速的硅基表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)。包括以下裝置：鎖模飛秒脈沖光源，中紅外光波濾波器，色散光纖，摻鉺光纖放大器（EDFA），衍射光柵，基于透鏡組成的4f成像系統(tǒng)，物鏡，數(shù)字相干接收機(jī)，高速采樣示波器以及數(shù)據(jù)處理恢復(fù)所需的電腦。另外還包括所需要用到的環(huán)形器，耦合器，光纖，光纖偏振控制器，準(zhǔn)直器等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基表面質(zhì)量檢測的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種超快速的硅基表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

硅半導(dǎo)體材料目前是當(dāng)今許多工業(yè)上的一種非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料。硅半導(dǎo)體對清潔能源和軍事工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有相當(dāng)重要的作用。世界上目前90%以上的半導(dǎo)體器件都是用硅材料制成的。硅產(chǎn)業(yè)在過去的一些年中，以每年大于百分之十的速度在增長。單晶硅拋光片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造各種分立元件； 硅的制造過程十分復(fù)雜，由于工業(yè)上工藝流程的不完善以及各種加工中的缺陷很容易在硅表面形成缺陷，從而硅產(chǎn)品的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前，硅生產(chǎn)廠商通過批次抽檢對硅產(chǎn)品加工進(jìn)行質(zhì)量控制，在表面質(zhì)量檢測這方面主要檢測產(chǎn)品表面的粗糙度、彎曲度、裂紋、刮痕以及油污等缺陷。目前對于硅基表面質(zhì)量檢測的技術(shù)有許多種方法，但絕大部分受限于它的成本以及速度，使之應(yīng)用于工業(yè)上大規(guī)模硅晶表面質(zhì)量檢測成為障礙。2009年，美國的B.Jalali實驗室提出了一種基于時間拉伸的成像手段，這種手段能夠極大的提升成像速度，最快能達(dá)到數(shù)十兆HZ。利用這種成像技術(shù)，能夠觀察到曾經(jīng)傳統(tǒng)CCD所不能探測到的現(xiàn)象。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，基于時間拉伸的這種成像手段已經(jīng)達(dá)到了非常成熟的地步，B.Jalali等實驗室利用這種成像技術(shù)成功的進(jìn)行了大規(guī)模癌細(xì)胞篩選等實驗，實現(xiàn)了高速以及準(zhǔn)確率很高的細(xì)胞篩選。若將這種技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)上的硅晶表面質(zhì)量檢測，勢必能大幅度提升硅晶產(chǎn)業(yè)的檢測速率并且大大降低產(chǎn)品的不良率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種超快速的硅基表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)，結(jié)合相干接受探測手段，不僅能夠獲取硅基表面的圖像信息，還能通過恢復(fù)相位信息從而識別不同表面質(zhì)量缺陷。更為重要的是，由于此種方法基于鎖模飛秒脈沖激光作為光源，實現(xiàn)了兆赫茲的成像幀數(shù)，極大的提升了現(xiàn)有的一些硅基表面質(zhì)量檢測的技術(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超快速的硅基表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其中，包括鎖模飛秒脈沖光源，中紅外光波濾波器，色散光纖，摻鉺光纖放大器，衍射光柵，基于透鏡組成的4f成像系統(tǒng)，物鏡，數(shù)字相干接收機(jī)，高速采樣示波器以及數(shù)據(jù)處理恢復(fù)所需的電腦，另外還包括實驗中所需用到的一些光纖，環(huán)形器，耦合器，光纖偏振控制器，準(zhǔn)直器；

還包括相位延遲線，透鏡，硅基樣品；

所述的鎖模飛秒脈沖光源、中紅外光波濾波器、色散光纖、摻鉺光纖放大器依次連接，摻鉺光纖放大器再通過相位延遲線或光纖偏振控制器連接數(shù)字相干接收機(jī)，數(shù)字相干接收機(jī)再連接示波器以及電腦；

所述的光纖偏振控制器還依次連接環(huán)形器、準(zhǔn)直器、衍射光柵、透鏡、物鏡、硅基樣品。

考慮到相干接收的原理，濾波器在濾波之后，要使得功率在不同頻率上盡可能相同，這樣在分為本征光和信號光之后，用相干接收機(jī)處理的數(shù)據(jù)會盡更準(zhǔn)確。在這里，我們使用一個waveshaper作為我們的光譜濾波器。

采用鎖模飛秒脈沖激光作為光源之后，利用鎖模飛秒脈沖具有重復(fù)相應(yīng)頻率高這一特點(diǎn)達(dá)到對于硅基表面超快速表面檢測的目的。

進(jìn)一步的，所述的色散光纖的色散值與濾波后的光譜寬度的乘積不應(yīng)大于脈沖的周期時間。否則會造成相鄰的信號在時域上重疊，從而恢復(fù)不出硅基表面的圖像。所述的衍射光柵使光在空間上能夠一維的展開，并且不同過的空間位置具有不同的頻率。