[发明专利]材料的微区应力测试系统

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及材料的微区应力测试系统，特别是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。

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，特别是半导体材料的微区应力测试系统。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种材料的微区应力测试系统，其包括线偏振激光源、光相位调制器、斩波器、聚焦物镜、收集物镜、检偏器和信号采集系统，其中，所述线偏振激光源用于产生线偏振激光，所述光相位调制器用于使所述线偏振激光在该光相位调制器主轴和它的垂直方向上产生固定的相位差，并使之入射到所述斩波器；所述斩波器用于将入射的具有固定相位差的线偏振激光调制成特定频率的交流信号后入射到所述聚焦物镜；所述聚焦物镜用于将来自所述斩波器的入射光汇聚在所测试材料的样品上；所述收集物镜用于接收由所述样品透射的激光，并使之入射到所述检偏器；所述检偏器用于检测特定方向上光波的振幅，并使之入射到所述信号采集系统；所述信号采集系统用于采集入射光信号，并对采集的入射光信号进行处理，得到所述样品的应力分布。

根据本发明的具体实施方式，所述测试系统还包括载物台，其用于承载所述样品，并调节该样品的位置。

根据本发明的具体实施方式，所述测试系统还包括照明光源，用于提供所述样品表面的照明。

根据本发明的具体实施方式，所述测试系统还包括图像撷取装置(，用于撷取所述样品的图像。

根据本发明的具体实施方式，所述线偏振激光源包括激光器和起偏器。

根据本发明的具体实施方式，所述线偏振激光源还包括空间滤波器。

根据本发明的具体实施方式，所述空间滤波器采用的是物镜、针孔和透镜组成的共聚焦系统。

根据本发明的具体实施方式，所述起偏器和所述检偏器采用的是方解石制成的格兰泰勒型激光偏振棱镜，起偏器的主轴在竖直方向，检偏器的主轴方向与竖直方向夹角为45度。

根据本发明的具体实施方式，所述信号采集系统包括探测器、三个锁相放大器和数据处理装置，其中，所述探测器用于将接收到的光信号转化为电信号；所述三个锁相放大器分别为第一、第二、第三锁相放大器，所述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，送入所述数据处理装置；所述第二锁相放大器和第三锁相放大器用于测量所述光相位调制器的一倍频和二倍频分量，送入所述数据处理装置。

根据本发明的具体实施方式，所述数据处理装置包括数据采集卡和计算机，其中，所述数据采集卡用于把所述各锁相放大器得到的模拟电信号转化为所述计算机识别的数字信号；所述计算机用于接收并存储所述数据采集卡得到的数据，对所述采集到的信号进行运算处理。

(三)有益效果

本发明提出的材料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。

本发明提出的材料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是本发明的材料微区应力测试系统的基本原理结构示意图；

图2是本发明的材料微区应力测试系统的信号采集系统的结构示意图；

图3是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

为解决上述技术问题，本发明提出了一种全新的材料微区应力测试系统，其能够对材料的微米量级的区域进行应力测试。