本發(fā)明屬于半導(dǎo)體晶圓應(yīng)力檢測，特別是涉及一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、硅是一種被廣泛應(yīng)用于集成電路，太陽能電池等領(lǐng)域的重要材料，所以關(guān)于其應(yīng)力的檢測方法也是多種多樣。根據(jù)測試原理可分為有損測量和無損測量兩類。有損測量方法包括機(jī)械和化學(xué)方法等，通過釋放和測量工件應(yīng)力來獲得殘余應(yīng)力狀態(tài)；無損測量方法則是測量材料本身的物理性質(zhì)，不影響工件后續(xù)使用，逐漸成為發(fā)展方向
2、光彈法主要使用光學(xué)敏感材料制作模型，將其置于偏振光場中，施加載荷后，觀察模型產(chǎn)生的暫時雙折射現(xiàn)象，進(jìn)而得到應(yīng)力波傳播的全場地形圖。該方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如能夠提供實(shí)時應(yīng)力分布圖像，直觀展現(xiàn)應(yīng)力波傳播過程和規(guī)律；無需破壞樣品，不影響被測對象完整性；操作相對簡單，成本較低。
3、光彈性效應(yīng)，即應(yīng)力雙折射，透明的介質(zhì)在內(nèi)部存在應(yīng)力的情況下，折射率特性會發(fā)生改變，從而顯示出光學(xué)上的各向異性。若應(yīng)力在晶體上是不均勻的，在各處的雙折射就不一致，使通過它的光波上不同點(diǎn)產(chǎn)生不同的位相差。利用光彈性效應(yīng)，可以檢驗(yàn)光學(xué)材料的內(nèi)應(yīng)力，觀察各種力學(xué)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。
4、現(xiàn)有的公開的對硅應(yīng)力損傷的檢測主要集中在殘余應(yīng)力領(lǐng)域，常用的有馬赫-曾德爾干涉法、基于穆勒矩陣的硅片反射光偏振應(yīng)力檢測等。
5、其中基于穆勒矩陣的硅片反射光偏振應(yīng)力檢測方法使輸出的連續(xù)激光先后通過擴(kuò)束鏡和偏振片進(jìn)入分光鏡，分光鏡的反射光經(jīng)過波片后垂直射入樣品，樣品的反射光先后通過波片、分光鏡和偏振片最終進(jìn)入ccd，ccd拍得樣品偏振圖像并送入pc機(jī)，進(jìn)行灰度處理、穆勒矩陣計(jì)算、中值濾波后得到相位差圖像。該方法需要搭建三個光軸，同時測量時需要人工轉(zhuǎn)動偏振片，存在誤差。該方法只能測量硅片殘余應(yīng)力，無法對硅片應(yīng)力情況進(jìn)行實(shí)時測量。
6、因此亟需一種硅片應(yīng)力檢測系統(tǒng)及方法解決上述技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的在于提供一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)及方法，通過利用渦旋波片獲取硅片內(nèi)部偏振信息，實(shí)時檢測硅片內(nèi)部應(yīng)力變化情況，實(shí)現(xiàn)測量過程中無需人工操作，提高測量精度，操作簡單。
2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，一方面，本發(fā)明提供了一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在所述檢測系統(tǒng)中放入硅片樣品，探測光光源發(fā)出的激光經(jīng)過反射鏡反射進(jìn)入共第一光軸，經(jīng)過擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡調(diào)整光束大小，后通過起偏器后變?yōu)榫€偏振光，經(jīng)第一凸透鏡匯聚于硅片樣品夾持平臺中的夾持所述硅片樣品處，透射所述硅片樣品后經(jīng)第二凸透鏡轉(zhuǎn)化為平行光垂直入射渦旋波片，再通過檢偏器和第三凸透鏡11成像于后方放置的ccd中，所得數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧c機(jī)內(nèi)，所述pc機(jī)使用偏振成像算法進(jìn)行處理得到相位差圖像，獲取其內(nèi)部應(yīng)力情況；
3、所述共第一光軸依次由所述擴(kuò)束鏡、所述準(zhǔn)直鏡、所述起偏器、所述第一凸透鏡、所述硅片樣品夾持平臺、所述第二凸透鏡、所述渦旋波片、所述檢偏器、所述第三凸透鏡、所述ccd構(gòu)成。
4、所述偏振成像算法具體為：首先對未放置硅片樣品和檢偏器時所述ccd拍得圖像進(jìn)行處理，以起偏器的透光軸角度0°為基準(zhǔn)，按順時針方向進(jìn)行360°標(biāo)定，再選取圖像中光強(qiáng)最大的一圈，記錄此時光圈半徑;然后對放入全部組件時所述ccd拍得圖像進(jìn)行處理，按所述光圈半徑，選取0°、45°、90°、135°處對圖像進(jìn)行灰度處理，提取灰度值，將所述灰度值代入穆勒矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到所述硅片樣品測量處的相位延遲量和方位角數(shù)據(jù)及圖像，分析所述數(shù)據(jù)及圖像，通過分析所述硅片樣品的主應(yīng)力差與所述相位延遲量成正比，得到所述硅片樣品的應(yīng)力情況。
5、所述探測光光源為光纖激光器，最大輸出功率為2w，輸出波長為1550nm。
6、所述硅片樣品夾持平臺與二維移動平臺相連，通過操縱所述二維移動平臺使所夾持硅片樣品被探測光均勻探測。
7、在所述系統(tǒng)的檢測過程中對所述硅片樣品采取激光毀傷、機(jī)械壓力產(chǎn)生應(yīng)力措施不影響探測光路運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。
8、所述硅片樣品夾持平臺中硅片樣品所在區(qū)域與所述第一凸透鏡的匯聚光線焦點(diǎn)重合。
9、另一方面，本發(fā)明還提供一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測方法，包括以下步驟：
10、步驟1：暫不放入硅片樣品、所述檢偏器、所述渦旋波片，將所述探測光光源功率調(diào)至最低后接通電源，旋轉(zhuǎn)所述起偏器觀察所述ccd中圖像，待圖像光強(qiáng)達(dá)到最大時停止；
11、步驟2：放置所述渦旋波片，打開所述探測光光源調(diào)節(jié)至ccd所得圖像清晰完整，記錄此時所述ccd所得圖像光強(qiáng)分布；
12、步驟3：放置所述檢偏器，取下所述渦旋波片，打開所述探測光光源，調(diào)節(jié)所述檢偏器角度，使得所述ccd中圖像光強(qiáng)達(dá)到最大；
13、步驟4：放入所有組件且包括所述硅片樣品，打開所述探測光光源，記錄所述ccd所得圖像；
14、步驟5：調(diào)節(jié)所述硅片樣品夾持平臺所連接的二維移動平臺，對所述硅片樣品進(jìn)行掃描，記錄所述ccd所拍得圖像；
15、步驟6：在所述pc機(jī)上利用偏振成像算法對所得圖像進(jìn)行處理，得到濾波后相位差圖像；
16、步驟6-1：以起偏器透光軸角度0°為基準(zhǔn)，按順時針方向?qū)λ霾襟E2所得圖像進(jìn)行360°標(biāo)定；
17、步驟6-2：選取所述步驟2所得圖像中光強(qiáng)最大的一圈，記錄此時光圈半徑;
18、步驟6-3：將所述步驟4和所述步驟5中所得圖像進(jìn)行處理，后按所述步驟6-2中所得光圈半徑，選取0°、45°、90°、135°處圖像進(jìn)行灰度處理，提取灰度值；
19、步驟6-4：將所述灰度值代入穆勒矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到所述硅片樣品測量處的相位延遲量和方位角數(shù)據(jù)及圖像；
20、步驟6-5：分析所述數(shù)據(jù)及圖像，通過分析所述硅片樣品的主應(yīng)力差與所述相位延遲量成正比，得到所述硅片樣品的應(yīng)力情況，當(dāng)主應(yīng)力差越大時應(yīng)力值越大。
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著進(jìn)步在于：本發(fā)明的操作簡單，操作過程中無需人工轉(zhuǎn)動偏振片，減少人工誤差；可以測量硅片殘余應(yīng)力，也可以對硅片進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)應(yīng)力檢測；提高了實(shí)驗(yàn)精度，可增加數(shù)據(jù)處理中所選取數(shù)據(jù)數(shù)量提高實(shí)驗(yàn)精度。
22、為更清楚說明本發(fā)明的功能特性以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明。
1.一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振成像算法具體為：首先對未放置硅片樣品和檢偏器（10）時所述ccd（12）拍得圖像進(jìn)行處理，以起偏器（5）的透光軸角度0°為基準(zhǔn)，按順時針方向進(jìn)行360°標(biāo)定，再選取圖像中光強(qiáng)最大的一圈，記錄此時光圈半徑;然后對放入全部組件時所述ccd（12）拍得圖像進(jìn)行處理，按所述光圈半徑，選取0°、45°、90°、135°處對圖像進(jìn)行灰度處理，提取灰度值，將所述灰度值代入穆勒矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到所述硅片樣品測量處的相位延遲量和方位角數(shù)據(jù)及圖像，分析所述數(shù)據(jù)及圖像，通過分析所述硅片樣品的主應(yīng)力差與所述相位延遲量成正比，得到所述硅片樣品的應(yīng)力情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述探測光光源（1）為光纖激光器，最大輸出功率為2w，輸出波長為1550nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述硅片樣品夾持平臺（7）與二維移動平臺相連，通過操縱所述二維移動平臺使所夾持硅片樣品被探測光均勻探測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，在所述系統(tǒng)的檢測過程中對所述硅片樣品采取激光毀傷、機(jī)械壓力產(chǎn)生應(yīng)力措施不影響探測光路運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述硅片樣品夾持平臺（7）中硅片樣品所在區(qū)域與所述第一凸透鏡（6）的匯聚光線焦點(diǎn)重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于渦旋波片的硅片應(yīng)力動態(tài)檢測方法，其特征在于，所述步驟6的在所述pc機(jī)（13）上利用偏振成像算法對所得圖像進(jìn)行處理，具體步驟如下：