[發明專利]一種采用偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置

有效

• 申請號: 201811429252.0
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109781665B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 張璧;白倩;殷景飛;李慶鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N21/59
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明公開了一種采用偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置，包括激光器、偏振片、偏振分光鏡、聚焦透鏡組、針孔和信號采集系統；信號采集系統包括光電探測器、數據采集卡、計算機、運動控制器和旋轉位移平臺；由于本發明的旋轉位移平臺增加了X軸平動和繞Z轉動功能，激光檢測時，可以沿著磨紋檢測，使得檢測時入射線偏振激光的偏振方向與磨紋平行或者垂直，這樣入射線偏振激光的偏振方向與殘余應力的第一主應力垂直或者平行，則殘余應力對檢測的影響被消除。由于本發明采用了消除殘余應力影響的檢測方法，實現了檢測過程中殘余應力和亞表面損傷的分離。由于本發明采用了消除殘余應力影響的檢測方法，實現了更準確的亞表面損傷檢測。

技術領域

本發明涉及磨削半導體材料亞表面損傷的無損檢測技術，特別是一種采用偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置。

背景技術

目前針對磨削半導體材料亞表面損傷檢測主要分為兩類，一類是破壞性檢測，另一類是無損檢測。破壞性檢測方法不需要依靠昂貴的設備，檢測工藝成熟，容易操作，但是破壞性檢測裝置和方法存在如下問題：

1、零件需要破壞后再檢測，造成材料損失和生產成本增加。當檢測不同加工工藝(鋸切、磨削、研磨等)或加工參數條件下的半導體材料亞表面損傷時，需要將零件破壞并制成檢測試樣。大多數半導體材料，如硅片、藍寶石、碳化硅等，屬硬脆材料，加工過程中刀具磨損嚴重，不同的刀具狀態下的亞表面損傷也不同，因而加工過程中半導體材料亞表面的有損檢測造成了大量的材料浪費。

2、檢測區域小，檢測效率低。破壞性檢測方法只針對于制備試樣局部的截面進行檢測，無法一次性評估整個半導體材料的亞表面損傷分布狀況。破壞性檢測方法的樣品制備需要經過多種工序，制樣周期長，影響整體檢測效率。

3、使用劇毒腐蝕劑。破壞性檢測樣品制備完成之后往往需要經過腐蝕再用儀器設備檢測，半導體材料常用的腐蝕劑為劇毒的氫氟酸溶液，對操作人員身體安全存在一定的威脅。

無損檢測包括光彈法檢測、超聲檢測，光學相干檢測、激光散射檢測、偏振激光散射檢測等，能夠檢測全局損傷，檢測效率高，適合集成到生產線上進行在線檢測。但大部分無損檢測方法可靠性較差，并且容易受到其他因素的干擾。光彈法主要檢測半導體材料殘余應力，無法準確檢測亞表面裂紋。超聲檢測除了亞表面損傷信號之外，還存在表面粗糙度散射信號和由超聲波發生和傳輸原件中不均勻性引起的散射信號等，不利于亞表面裂紋信號的分析和檢測。在光學相干檢測和激光散射檢測中，表面粗糙度嚴重影響了亞表面損傷檢測。而采用偏振激光散射檢測方法，表面散射光與入射激光的偏振狀態基本保持一致，亞表面損傷散射光的偏振狀態與入射光明顯不同，通過偏振光學元件即可將亞表面損傷散射的光線從檢測光線中分離出來，進而排除了表面粗糙度的影響，實現對亞表面損傷的檢測。因此偏振激光散射檢測裝置在半導體材料亞表面損傷檢測中具有廣闊的應用前景。然而，半導體材料亞表面損傷和殘余應力同時存在，相互耦合。現有公開的偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置無法分離殘余應力和亞表面損傷。而由于應力雙折射的影響，檢測信號和亞表面損傷并非一一對應，因此，亞表面損傷檢測結果并不準確，需要提出一種分離殘余應力的偏振激光散射檢測裝置。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種可以分離殘余應力的影響并準確檢測亞表面損傷的采用偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種采用偏振激光散射檢測半導體材料亞表面損傷的裝置，包括激光器、偏振片、偏振分光鏡、聚焦透鏡組、針孔和信號采集系統；

所述的激光器提供光學系統的信號源；

所述的偏振片放置于激光器的前方，使激光出射光變為線偏振激光；

所述的偏振分光鏡放置于偏振片的前方，用于反射經過偏振片的激光，同時分離經過半導體材料亞表面損傷散射而改變了原有偏振狀態的光，使之透過偏振分光鏡；