[发明专利]一种双探测器检测硅片亚表面损伤信号的装置

说明书

本发明公开了一种双探测器检测硅片亚表面损伤信号的装置，包括激光器、偏振片、偏振分光镜组、1/4波片、聚焦物镜、左右两个成像透镜、针孔片、左右两个探测器；所述1/4波片位于上偏振分光镜的上方，使上偏振分光镜透过的线偏振光转化为椭圆偏振光传递至上方的左成像透镜，针孔片位于左成像透镜上方的焦点处，左探测器位于针孔片上方。本发明使用两个探测器，中位裂纹产生的散射光与聚焦透镜形成共聚焦现象，其信号经过针孔片的针孔被左探测器接收。侧位裂纹产生的散射光由于不在检测光焦点处，形不成共聚焦，透不过针孔片的针孔，从而被反射回，被右探测器接收，从而实现了中位裂纹与侧位裂纹信号分离，实现更准确的亚表面损伤检测。

技术领域

本发明涉及半导体材料亚表面损伤的无损检测领域，尤其是一种双探测器检测硅片亚表面损伤信号的装置。

背景技术

目前研磨硅片亚表面损伤检测方法分为有损检测及无损检测两大类。有损检测使用破坏性的装置和方法将亚表面损伤暴露，之后进行观测，主要包括截面显微检测、角度抛光检测、HF化学刻蚀检测、磁流变抛光检测。有损检测装置构造与操作简单，但破坏性检测装置和方法在检测过程中存在如下缺点：破坏性检测过程只针对试样局部位置进行，不能反映试样全局亚表面损伤状态；有损检测过程将材料破坏，造成材料的浪费与成本的提高；有损检测过程中会引入新的亚表面损伤，检测精度低；有损检测步骤繁琐，检测周期长，效率低。

无损检测是在不破坏工件的前提下，利用亚表面损伤对光、电等产生的物理反应进行检测，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位检测。硅片亚表面无损检测包括超声检测、光学相干层析检测、激光散射检测等。但大部分无损检测方法易受其它因素的干扰。超声检测在检测过程中由于超声发生和传播过程中的不稳定性以及表面粗糙度的作用而产生检测误差。光学相干检测和激光散射检测都难以避免表面粗糙度对检测精度带来的影响。偏振激光检测方法在检测过程中利用表面散射光与入射激光的偏振状态一致，亚表面损伤散射光与入射光的偏振状态不同的特点，有效排除了表面粗糙度的影响。因此偏振激光散射检测装置在硅片亚表面损伤检测中具有广阔的应用前景。

现有公开的偏振激光检测装置可用于分离残余应力和亚表面损伤的检测信号。然而，亚表面损伤形式分为中位裂纹与侧位裂纹，中位裂纹为研磨过程中产生的沿深度方向发展的裂纹，侧位裂纹为横向发展的裂纹，其中中位裂纹是评价加工工艺参数的重要指标。偏振激光检测过程中，侧位裂纹与中位裂纹同时产生散射信号并互相耦合，传统方法单一探测器所获取的信号难以对二者进行准确判断，需要提出一种分离中位裂纹与侧位裂纹耦合信号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中位裂纹与侧位裂纹耦合信号并准确检测不同形式亚表面损伤的双探测器检测硅片亚表面损伤信号的装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双探测器检测硅片亚表面损伤信号的装置，包括激光器、偏振片、偏振分光镜组、1/4波片、聚焦物镜、左成像透镜、右成像透镜、针孔片、左探测器、右探测器和信号处理系统；

所述的激光器提供检测光源；

所述的偏振片放置于激光器的右方，使激光器的出射光变为线偏振光，即检测光束；

所述的偏振分光镜组包括上偏振分光镜和下偏振分光镜，下偏振分光镜位于偏振片的前方，用于将经过偏振片的激光反射至待测硅片表面，同时分离经过硅片亚表面损伤散射而改变了原有偏振状态的线偏振光，即损伤散射激光；上偏振分光镜位于下偏振分光镜的上方，用于将下偏振分光镜透过的损伤散射激光传递至上方的1/4波片，以及反射左成像透镜传回的线偏振光至右侧的右成像透镜；

所述的聚焦物镜位于下偏振分光镜的下侧，将下偏振分光镜反射的激光束聚焦于硅片表面；

所述的1/4波片位于上偏振分光镜的上方，使上偏振分光镜透过的线偏振光转化为椭圆偏振光传递至上方的左成像透镜，同时使左成像透镜透过的椭圆偏振光传递至上偏振分光镜；