[发明专利]材料表征的光学技术

说明书

用于定义多晶材料参数的偏振拉曼光谱系统，该系统包括偏振拉曼光谱仪、用于将样本定位在不同位置的计算机控制的样本台、以及包括处理器和相关存储器的计算机。偏振拉曼光谱仪从样本上多个位置的小尺寸斑点或从样本上的细长线形点生成信号，并且处理器分析该信号以定义多晶材料的参数。

技术领域

本发明涉及用于表征晶体材料的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于定义晶体材料的参数的系统和方法。

背景技术

多晶材料是一种广泛存在的物质形式，在许多工业中有着重要的实际应用。为了保证多晶材料的适当特性，通常需要对晶粒尺寸进行精确的测量和控制。这种情况的一个明显例子是多晶材料在半导体工业中的应用，在半导体工业中，多晶材料被用于众多工艺步骤并具有多种功能，用于前端、后端、逻辑和存储器产品。

多晶材料由多个纳米晶体(“晶粒”)构成，每个纳米晶体都由完美晶体的原子结构组成，但具有不同的取向。这些晶粒的平均尺寸会影响材料的性能，例如电导率、相图、热响应、机械行为，也会影响装置的整体性能。

不幸的是，平均晶粒尺寸的确定是一项复杂的技术任务，通常需要使用破坏性技术(例如透射电子显微镜)，这种技术除了具有破坏性和极慢之外，一次只能对极小的区域(几微米)进行取样，这阻止良好的统计反馈。

另一有用的方法是X射线衍射(XRD)。然而，XRD的结果是高度定性而且被认为是不准确的，而且通常非常难以解释。

因此，需要一种可用于在线计量的快速、非破坏性技术，以允许确定晶粒尺寸。

发明内容

本发明通过(a)专用硬件配置、(b)特定测量序列和(c)解释方法，来定义多晶材料参数的偏振拉曼光谱系统和方法。

本发明依赖于晶体材料的偏振拉曼光谱对晶体取向极为敏感的事实，因为偏振拉曼信号的强度很大程度上取决于晶体的取向。

因此，根据本发明的一些实施方式，提供了一种用于定义多晶材料参数的偏振拉曼光谱系统。该系统包括：

偏振拉曼光谱仪，

计算机控制的样本台，用于将样本定位在不同位置，以及

包括处理器和相关存储器的计算机，

其中，偏振拉曼光谱仪从样本上多个位置的小尺寸斑点或从样本上的细长线形点生成信号，并且处理器分析信号以定义多晶材料的参数。

此外，根据本发明的一些实施方式，多晶材料的参数之一是平均晶粒尺寸。

此外，根据本发明的一些实施方式，用于从细长线形点生成信号的偏振拉曼光谱仪包括：

-用于生成光束的光源，

-包括光谱仪的检测单元，

-由多个透镜组成的光学系统，包括物镜和线斑点元件，用于形成照明斑点以便将细长线形点投射到样本上，

-连接到光谱仪的2-D图像传感器，2-D图像传感器从光谱仪接收细长线形点，并创建与样本上的点直接相关的线的二维图像。

此外，根据本发明的一些实施方式，线斑点元件选自柱面透镜、全息光学元件和微透镜阵列。

此外，根据本发明的一些实施方式，光学系统是高数值孔径(NA)，以允许在单次测量中从多个位置收集信号。

此外，根据本发明的一些实施方式，数值孔径是可调节的，以改变样本上细长线形点的尺寸。