[发明专利]半导体材料微区应力测试系统

说明书

技术领域

本发明属于测量设备技术领域，具体涉及应用于半导体材料的制造工艺中的微区应力测试系统。

背景技术

在半导体材料生长及工艺制作领域，追求材料结构的完美一直是人们努力的方向。材料中残余应力的大小直接反映了材料的质量高低和制备工艺的优劣。随着对材料结构要求的提高生长工艺的改进，人们对微区范围内材料应力的大小和分布提出了要求。拥有一套完整的、方便迅速的微区应力测试系统可以为现代材料生长过程提供可靠的参考数据，以期获得较好的材料质量。

在此之前，常用的半导体材料微区应力测试系统有光致发光光谱仪和显微拉曼偏谱仪。光致发光光谱仪对材料的晶体质量要求较高，对应力的测量通常是在低温，并且通常对应力的测试只是局域在表层。显微拉曼光谱仪可以在室温下测试应力的大小和分布，但是测量的精度不高，而且测试时间很长，往往要花费数个小时，甚至更长的时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于建立一套完整、全面、方便、快捷地完成对各种材料，特别是半导体材料微区应力的测试。

(二)技术方案

本发明一种半导体材料微区应力测试系统，用于测试样品的微区应力，该系统包括线偏振激光源、光相位调制器、分光器、物镜、载物台、检偏器、斩波器和信号采集系统；其中，所述线偏振激光源用于产生线偏振激光，并将产生的线偏振激光送到光相位调制器；所述光相位调制器用于所述线偏振激光在该光相位调制器的主轴和它的垂直方向上产生固定的相位差；所述载物台用于承载所测试材料的样品，并调节该测试材料样品的位置；所述分光器用于使经过所述光相位调制器光入射到样品，同时，使由样品的反射光透射，从而将样品的入射光和反射光分开；检偏器用于接收所述样品的反射光，检测特定方向上光波的振幅；斩波器用于将光波调制成特定频率的交流信号；信号采集系统用于接收所述样品的反射光，将其转换为电信号后进行处理，得到样品的微区应力。

根据本发明的一种具体实施方式，所述信号采集系统包括：一探测器，用于接收所述样品的反射光，将接收到的光信号转化为电信号；一第一锁相放大器，用于测量所述斩波器将光波调制成的低频分量；一第二锁相放大器和一第三锁相放大器，其分别用于测量所述光弹性调制器的一倍频和二倍频分量；一数据采集卡，用于接收所第一、第二、第三锁相放大器的输出信号，并把它转化为计算机识别的数字信号；一计算机，用于接收并存储数据采集卡得到的数据，并对数据采集卡采集到的信号进行运算处理。

根据本发明的一种具体实施方式，所述线偏振激光源包括激光器和起偏器，所述起偏器用于产生偏振度较高的线偏振光，以便提高激光的偏振度。

根据本发明的一种具体实施方式，还包括一个图像撷取装置，用于接收从所述检偏器出射的激光，以撷取样品表面的图像。

根据本发明的一种具体实施方式，还包括一个照明光源，用于对样品表面照明。

根据本发明的一种具体实施方式，还包括物镜，其位于所间谍分光器和样品之间，样品的入射光经物镜被汇聚在样品上。

根据本发明的一种具体实施方式，所述线偏振激光源包括激光光源、空间滤波器和起偏器，从激光光源出射的偏振激光经过所述空间滤波器和所述起偏器。

根据本发明的一种具体实施方式，所述起偏器和检偏器是方解石制成的格兰泰勒型激光偏振棱镜。

根据本发明的一种具体实施方式，所述光相位调制器的主轴方向与激光偏振方向相同。

(三)有益效果

本发明提出的微区应力测试系统可以测得材料的内部微区应力的分布，测试结果较为准确，测试过程迅速快捷。

本发明提出的微区应力测试系统可以克服其他测试系统带来的负面影响，对于材料不具损伤性，小范围的表征材料应力的分布情况，并且对操作人员的经验依赖性不大，特别适用于半导体材料的微区应力测试。

附图说明

图1显示了本发明的微区应力测试系统的基本原理结构示意图；

图2显示了本发明的一个具体实施例的微区应力测试系统的光学部分的结构图。

具体实施方式

本发明提出了一种全新的微区应力测试系统，其能够对材料的微米量级的区域进行应力测试。

本发明的微区测试系统的原理是：对于半导体材料而言，如果在其内部有残余应力存在，则会表现出各向异性，即光学主轴发生改变。当入射的偏振激光被样品反射时，表现出各向异性的两个光学主轴对光的反射系数不同，通过测量两个光学各向异性主轴方向的反射系数的差，就可测得材料内部的残余应力。