[发明专利]一种采用偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置

说明书

本发明公开了一种采用偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置，包括激光器、偏振片、偏振分光镜、聚焦透镜组、针孔和信号采集系统；信号采集系统包括光电探测器、数据采集卡、计算机、运动控制器和旋转位移平台；由于本发明的旋转位移平台增加了X轴平动和绕Z转动功能，激光检测时，可以沿着磨纹检测，使得检测时入射线偏振激光的偏振方向与磨纹平行或者垂直，这样入射线偏振激光的偏振方向与残余应力的第一主应力垂直或者平行，则残余应力对检测的影响被消除。由于本发明采用了消除残余应力影响的检测方法，实现了检测过程中残余应力和亚表面损伤的分离。由于本发明采用了消除残余应力影响的检测方法，实现了更准确的亚表面损伤检测。

技术领域

本发明涉及磨削半导体材料亚表面损伤的无损检测技术，特别是一种采用偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置。

背景技术

目前针对磨削半导体材料亚表面损伤检测主要分为两类，一类是破坏性检测，另一类是无损检测。破坏性检测方法不需要依靠昂贵的设备，检测工艺成熟，容易操作，但是破坏性检测装置和方法存在如下问题：

1、零件需要破坏后再检测，造成材料损失和生产成本增加。当检测不同加工工艺(锯切、磨削、研磨等)或加工参数条件下的半导体材料亚表面损伤时，需要将零件破坏并制成检测试样。大多数半导体材料，如硅片、蓝宝石、碳化硅等，属硬脆材料，加工过程中刀具磨损严重，不同的刀具状态下的亚表面损伤也不同，因而加工过程中半导体材料亚表面的有损检测造成了大量的材料浪费。

2、检测区域小，检测效率低。破坏性检测方法只针对于制备试样局部的截面进行检测，无法一次性评估整个半导体材料的亚表面损伤分布状况。破坏性检测方法的样品制备需要经过多种工序，制样周期长，影响整体检测效率。

3、使用剧毒腐蚀剂。破坏性检测样品制备完成之后往往需要经过腐蚀再用仪器设备检测，半导体材料常用的腐蚀剂为剧毒的氢氟酸溶液，对操作人员身体安全存在一定的威胁。

无损检测包括光弹法检测、超声检测，光学相干检测、激光散射检测、偏振激光散射检测等，能够检测全局损伤，检测效率高，适合集成到生产线上进行在线检测。但大部分无损检测方法可靠性较差，并且容易受到其他因素的干扰。光弹法主要检测半导体材料残余应力，无法准确检测亚表面裂纹。超声检测除了亚表面损伤信号之外，还存在表面粗糙度散射信号和由超声波发生和传输原件中不均匀性引起的散射信号等，不利于亚表面裂纹信号的分析和检测。在光学相干检测和激光散射检测中，表面粗糙度严重影响了亚表面损伤检测。而采用偏振激光散射检测方法，表面散射光与入射激光的偏振状态基本保持一致，亚表面损伤散射光的偏振状态与入射光明显不同，通过偏振光学元件即可将亚表面损伤散射的光线从检测光线中分离出来，进而排除了表面粗糙度的影响，实现对亚表面损伤的检测。因此偏振激光散射检测装置在半导体材料亚表面损伤检测中具有广阔的应用前景。然而，半导体材料亚表面损伤和残余应力同时存在，相互耦合。现有公开的偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置无法分离残余应力和亚表面损伤。而由于应力双折射的影响，检测信号和亚表面损伤并非一一对应，因此，亚表面损伤检测结果并不准确，需要提出一种分离残余应力的偏振激光散射检测装置。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以分离残余应力的影响并准确检测亚表面损伤的采用偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种采用偏振激光散射检测半导体材料亚表面损伤的装置，包括激光器、偏振片、偏振分光镜、聚焦透镜组、针孔和信号采集系统；

所述的激光器提供光学系统的信号源；

所述的偏振片放置于激光器的前方，使激光出射光变为线偏振激光；

所述的偏振分光镜放置于偏振片的前方，用于反射经过偏振片的激光，同时分离经过半导体材料亚表面损伤散射而改变了原有偏振状态的光，使之透过偏振分光镜；