CN110333224B - 改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置,包括:获取被测样品和被测样品的主应力方向夹角;设定入射光偏振角和散射光偏振角;设定探测倾角;根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;获取第一探测倾角对应的第一拉曼频移增量及第二探测倾角对应的第二拉曼频移增量;根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力。本发明适用于单晶硅{100}晶面的两个主应力解耦分析,能够有效表征出真实的应力状态与应力水平。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料检测技术领域,尤其是涉及改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置。
背景技术
近年来,以硅基半导体材料体系为核心的微电子技术、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)技术迅猛发展。应变工程通过预制应力引起内应变来调控半导体结构的光电性能,已成为当今微电子新器件研发的前沿方向,在微纳米科学、光电工程领域均得到了广泛应用。因此,采用无损检测手段实现硅基半导体材料应力或应变的定量分析,准确掌握其应力状态、分布、梯度等信息,既是半导体制造中的共性需求,也是新型半导体器件研发中的关键环节。
目前,对于双向应力状态{100}晶面单晶硅,通过法向背散射的显微拉曼探测,由于力学模型中的两个主应力的权重项完全一致,无法实现两个主应力的解耦分析,从而无法体现出真实的应力状态与水平,难以满足工程的需求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置,适用于单晶硅{100}晶面的两个主应力解耦分析,能够有效表征出真实的应力状态与应力水平。
第一方面,本发明实施例提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法,所述方法包括:
获取被测样品;
获取所述被测样品的主应力方向夹角;
设定入射光偏振角和散射光偏振角;
设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
获取所述探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,所述第一探测倾角对应第一拉曼频移增量,所述第二探测倾角对应第二拉曼频移增量;
根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力;
其中,所述主应力方向夹角为所述第一主应力方向与所述被测样品的被测表面晶向的夹角,所述入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述散射光偏振角为所述拉曼系统散射光检偏方向在所述晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述探测倾角为所述被测样品的法向与拉曼探测光轴的夹角,所述第一探测倾角与所述第二探测倾角不相等。
进一步的,所述根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系,包括:
所述线性关系通过以下公式实现:
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)
其中,α为所述探测倾角,Δωα为所述探测倾角对应的拉曼频移增量,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,σmax为所述第一主应力,σmin为所述第二主应力。
进一步的,所述根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,包括:
根据下式计算所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数:
其中,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,θ为所述主应力方向夹角,α为所述探测倾角,β为所述入射光偏振角,γ为所述散射光偏振角。
进一步的,所述根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力,包括:
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力和的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力差的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
根据所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,利用下式得到所述第一主应力和所述第二主应力:
其中,α1为所述第一探测倾角,α2为所述第二探测倾角,Kα1为所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,Δωα1为所述第一拉曼频移增量,Δωα2为所述第二拉曼频移增量。
进一步的,所述第一主应力的值大于或等于所述第二主应力的值。
第二方面,本发明实施例提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测装置,所述装置包括:
样品参量获取单元,用于获取被测样品和所述被测样品的主应力方向夹角;
探测参量设定单元,用于设定探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,其中,所述探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
频移系数获取单元,用于根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
频移增量获取单元,用于获取所述探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,所述第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,所述第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;
主应力获取单元,用于根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力;
其中,所述主应力方向夹角为所述第一主应力方向与所述被测样品的被测表面晶向的夹角,所述入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述散射光偏振角为所述拉曼系统散射光检偏方向在所述晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述探测倾角为所述被测样品的法向与拉曼探测光轴的夹角,所述第一探测倾角与所述第二探测倾角不相等。
进一步的,所述主应力获取单元具体用于:
所述线性关系通过以下公式实现:
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)
其中,α为所述探测倾角,Δωα为所述探测倾角对应的拉曼频移增量,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,σmax为所述第一主应力,σmin为所述第二主应力。
进一步的,所述频移系数获取单元具体用于:
根据下式计算所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数:
其中,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,θ为所述主应力方向夹角,α为所述探测倾角,β为所述入射光偏振角,γ为所述散射光偏振角。
进一步的,所述主应力获取单元具体用于:
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力和的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力差的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
根据所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,利用下式得到所述第一主应力和所述第二主应力:
其中,α1为所述第一探测倾角,α2为所述第二探测倾角,Kα1为所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,Δωα1为所述第一拉曼频移增量,Δωα2为所述第二拉曼频移增量。
本发明实施例提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置,包括:获取被测样品;获取被测样品的主应力方向夹角;设定入射光偏振角和散射光偏振角;设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;获取探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和所述第二主应力;主应力方向夹角为第一主应力方向与被测样品的被测表面晶向的夹角,入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,散射光偏振角为拉曼系统散射光检偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,探测倾角为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角,第一探测倾角与第二探测倾角不相等。适用于单晶硅{100}晶面的两个主应力解耦分析,能够有效表征出真实的应力状态与应力水平。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法流程图;
图2为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法中步骤S107的流程图;
图3为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测系统示意图;
图4为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测装置示意图。
图标:
1-拉曼系统;2-被测样品;3-倾角可调样品台;4-显微镜头;5-测点;10-样品参量获取单元;20-探测参量设定单元;30-频移系数获取单元;40-频移增量获取单元;50-主应力获取单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解,下面对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一:
图1为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法流程图。
参照图1,该方法包括以下步骤:
步骤S101,获取被测样品;
步骤S102,获取被测样品的主应力方向夹角θ;
步骤S103,设定入射光偏振角β和散射光偏振角γ;
步骤S104,设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
这里,探测倾角为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角。
步骤S105,根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
具体地,在主应力方向夹角θ已知,并且拉曼系统的入射光偏振角β和散射光偏振角γ确定的情况下,Kα和Tα均是以探测倾角α为自变量的函数。
当拉曼系统探测光的光轴处于被测样品2的被测表面[100]晶向与[001]晶向所在的平面内时,Kα和Tα的表达式如下:
其中,Kα为主应力和的频移系数,Tα为主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,α为探测倾角,θ为主应力方向夹角,β为入射光偏振角,γ为散射光偏振角。具体的,当0°<θ<90°时,参照公式(2),当90°<θ<180°时,参照公式(3):
步骤S106,获取所述探测倾角对应的拉曼频移增量;
其中,第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;
步骤S107,根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力;
其中,探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系表述如下:
具体地,参照图3,该系统包括拉曼系统1、被测样品2和倾角可调样品台3,其中,拉曼系统1采用的是光学显微镜下的激光显微拉曼系统。被测样品2表面的材料为{100}晶面的单晶硅,但不限于{100}晶面的单晶硅,被测样品2设置于拉曼系统1的显微镜头4的正下方以及倾角可调样品台3的上方。
倾角可调样品台3能够在保持测点5原位的情况下,采用手动或者电动的方式提供至少两个不同的探测倾角α,探测倾角α为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角。
由拉曼系统1在探测倾角为α时,从被测样品2表面测点5探测得到的拉曼频移增量Δωα与样品表面的第一主应力σmax和第二主应力σmin之间的线性关系参照公式(4):
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)(4)
其中,α为探测倾角,Δωα为拉曼频移增量,Kα为主应力和的频移系数,Tα为主应力差的频移系数,σmax为第一主应力,σmin为第二主应力。
其中,主应力方向夹角为第一主应力方向与被测样品的被测表面晶向的夹角,入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,散射光偏振角为拉曼系统散射光检偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,探测倾角为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角,第一探测倾角与第二探测倾角不相等。
本申请适用于光学显微镜/高分辨激光显微拉曼光谱系统,在检测过程中,倾角可调样品台需要设定第一探测倾角和第二探测倾角,对倾角可调样品台的控制可以采用手动控制,也可以采用电动控制,例如,利用一个楔块就能够实现0度和楔块倾角这两个不同的探测倾角。其中,该检测方法对于拉曼系统的偏振控制精度与倾角可调样品的倾角控制精度均不敏感。
具体地,在主应力方向夹角θ已知,并且拉曼系统的入射光偏振角β和散射光偏振角γ确定的情况下,根据公式(4)构成二元一次应力解耦方程组,具体参照公式(5):
其中,σmax为第一主应力,σmin为第二主应力,Δωα1为第一拉曼频移增量,Δωα2为第二拉曼频移增量,Kα1为第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为第二探测倾角对应的主应力差的频移系数。
对同一测点,通过第一探测倾角α1和第二探测倾角α2,分别得到对应的拉曼频移增量Δωα1和Δωα2,带入公式(5),从而得到第一主应力σmax和第二主应力σmin。
进一步的,参照图2,步骤S107包括以下步骤:
步骤S201,根据第一探测倾角、第二探测倾角和主应力和的频移系数,得到第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
这里,将第一探测倾角α1和第二探测倾角α2代入公式(1)中,并根据主应力和的频移系数Kα,得到第一探测倾角对应的主应力和的频移系数Kα1和第二探测倾角对应的主应力和的频移系数Kα2。
步骤S202,根据第一探测倾角、第二探测倾角和主应力差的频移系数,得到第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
这里,将第一探测倾角α1和第二探测倾角α2代入公式(1)中,并根据主应力差的频移系数Tα,得到第一探测倾角对应的主应力差的频移系数Tα1和第二探测倾角对应的主应力差的频移系数Tα2。
步骤S203,根据第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力。
这里,根据公式(4)的线性关系,将第一探测倾角α1和第二探测倾角α2代入公式(5)中,从而得到第一主应力σmax和第二主应力σmin。
进一步的,第一主应力的值大于或等于第二主应力的值。
在本实施例中,通过改变拉曼光谱探测倾角分析单晶硅{100}晶面主应力的检测方法,具体为:被测样品表面的主应力方向夹角为θ;设置第一探测倾角α1=0°(法向背散射);将被测样品被测表面的[100]晶向放置到与入射光的起偏方向平行,即入射光偏振角β=0°;设定散射光偏振角γ=90°;将已知角度参量代入公式(4),计算得到第一探测倾角对应的主应力和的频移系数Kα1=-2.298,第一探测倾角对应的主应力差的频移系数Tα1=0;拉曼系统在散射光不检偏或垂直检偏的情况下进行拉曼检测,得到第一拉曼频移增量Δω0;其中,在不检偏的情况下,入射光是线偏光,散射光在各个方向上均可能存在偏振,无特定偏振状态。
调整第二探测倾角至任意非零角,即α2=e≠0,(e大于0度小于90度)设定入射光偏振角β和散射光偏振角γ均为0°;将角度参量代入公式(4),计算得到第二探测倾角对应的主应力和的频移系数Kα2=-1.711,第二探测倾角对应的主应力差的频移系数Tα2=-0.587cos2θ;进而拉曼系统在散射光平行检偏的情况下对同一测点进行拉曼检测,得到第二拉曼频移增量Δωe;将Δω0和Δωe代入公式(5)中,得到第一主应力和第二主应力,具体参照公式(6):
本发明实施例提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置,包括:获取被测样品;获取被测样品的主应力方向夹角;设定入射光偏振角和散射光偏振角;设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;获取探测倾角对应的拉曼频移增量,其中第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力;主应力方向夹角为第一主应力方向与被测样品的被测表面晶向的夹角,入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,散射光偏振角为拉曼系统散射光检偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,探测倾角为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角,第一探测倾角与第二探测倾角不相等,适用于单晶硅{100}晶面的两个主应力解耦分析,能够有效表征出真实的应力状态与应力水平。
实施例二:
以测量“某单晶硅基片{100}表面非等双轴残余应力”为实施例,采用通过改变拉曼光谱探测倾角分析单晶硅{100}晶面主应力的检测方法的步骤如下:
步骤S301,实验准备:在拉曼系统的显微镜头下方安置样品与倾角可调样品台,并设置探测光轴处在样品的[100]晶向与[001]晶向所在的平面内,已知θ=45°;
步骤S302,利用拉曼系统中的光学显微镜在样品表面选择测点;
步骤S303,设置拉曼系统的探测参数,并设定如公式(6)所对应的几何参数,具体为:当α1=0°时,β=0°、γ=90°,当α2=~30°时(α2约为30°),β=γ=0°;
步骤S304,对于同一测点,分别开展原位的光谱探测,并取同一条件下多次探测的平均值,如表1;
步骤S305,将表1中的实测数据带入公式(6),得出各测点的应力分量。
表1为单晶硅基片{100}表面不同探测倾角下测得的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力。
表1
测点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Δω<sub>0</sub>(cm<sup>-1</sup>) | -0.145 | -0.168 | -0.132 | -0.110 | -0.152 | -0.175 | -0.214 | -0.249 |
Δω<sub>e</sub>(cm<sup>-1</sup>) | -0.238 | -0.334 | -0.195 | -0.099 | -0.298 | -0.411 | -0.326 | -0.22 |
σ<sub>max</sub>(GPa) | 0.142 | 0.214 | 0.111 | 0.039 | 0.191 | 0.277 | 0.189 | 0.084 |
σ<sub>min</sub>(GPa) | -0.079 | -0.141 | -0.054 | 0.009 | -0.124 | -0.201 | -0.095 | 0.025 |
实施例三:
图4为本发明实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测装置示意图。
参照图4,该装置包括:
样品参量获取单元10,用于获取被测样品和所述被测样品的主应力方向夹角;
探测参量设定单元20,用于设定探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,其中,探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
频移系数获取单元30,用于根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
频移增量获取单元40,用于获取探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;
主应力获取单元50,用于根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力;
其中,主应力方向夹角为第一主应力方向与被测样品的被测表面晶向的夹角,入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,散射光偏振角为拉曼系统散射光检偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,探测倾角为被测样品的法向与拉曼探测光轴的夹角,第一探测倾角与第二探测倾角不相等。
进一步的,主应力获取单元50具体用于:
线性关系通过以下公式实现:
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)
其中,α为探测倾角,Δωα为探测倾角对应的拉曼频移增量,Kα为主应力和的频移系数,Tα为主应力差的频移系数,σmax为第一主应力,σmin为第二主应力。
进一步的,频移系数获取单元30具体用于:
根据下式计算主应力和的频移系数和主应力差的频移系数:
其中,Kα为主应力和的频移系数,Tα为主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,θ为主应力方向夹角,α为探测倾角,β为入射光偏振角,γ为散射光偏振角。
进一步的,主应力获取单元50具体用于:
根据第一探测倾角、第二探测倾角和主应力和的频移系数,得到第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
根据第一探测倾角、第二探测倾角和主应力差的频移系数,得到第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
根据第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,利用下式得到第一主应力和第二主应力:
其中,α1为第一探测倾角,α2为第二探测倾角,Kα1为第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,Δωα1为第一拉曼频移增量,Δωα2为第二拉曼频移增量。
本发明实施例提供了改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测装置,包括:获取被测样品;获取被测样品的主应力方向夹角;设定入射光偏振角和散射光偏振角;设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;根据主应力方向夹角、探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;获取探测倾角对应的拉曼频移增量,其中第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;根据探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、第一拉曼频移增量、第二拉曼频移增量、主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,得到第一主应力和第二主应力;主应力方向夹角为第一主应力方向与被测样品的被测表面晶向的夹角,入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,散射光偏振角为拉曼系统散射光检偏方向在晶面上的投影与被测表面晶向的夹角,探测倾角为被测样品法向与拉曼探测光轴的夹角,第一探测倾角与第二探测倾角不相等,适用于单晶硅{100}晶面的两个主应力解耦分析,能够有效表征出真实的应力状态与应力水平。
本发明实施例还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法的步骤。
本发明实施例所提供的计算机程序产品,包括存储了程序代码的计算机可读存储介质,所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统和装置的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
另外,在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法,其特征在于,所述方法包括:
获取被测样品;
获取所述被测样品的主应力方向夹角;
设定入射光偏振角和散射光偏振角;
设定探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
获取所述探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,所述第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,所述第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;
根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力;
其中,所述主应力方向夹角为所述第一主应力方向与所述被测样品的被测表面晶向的夹角,所述入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述散射光偏振角为所述拉曼系统散射光检偏方向在所述晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述探测倾角为所述被测样品的法向与拉曼探测光轴的夹角,所述第一探测倾角与所述第二探测倾角不相等;
所述根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系,包括:
所述线性关系通过以下公式实现:
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)
其中,α为所述探测倾角,Δωα为所述探测倾角对应的拉曼频移增量,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,σmax为所述第一主应力,σmin为所述第二主应力;
所述根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数,包括:
根据下式计算所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数:
其中,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,θ为所述主应力方向夹角,α为所述探测倾角,β为所述入射光偏振角,γ为所述散射光偏振角;
所述根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力,包括:
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力和的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力差的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
根据所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,利用下式得到所述第一主应力和所述第二主应力:
其中,α1为所述第一探测倾角,α2为所述第二探测倾角,Kα1为所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,Δωα1为所述第一拉曼频移增量,Δωα2为所述第二拉曼频移增量。
2.根据权利要求1所述的改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法,其特征在于,所述第一主应力的值大于或等于所述第二主应力的值。
3.一种改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测装置,其特征在于,所述装置包括:
样品参量获取单元,用于获取被测样品和所述被测样品的主应力方向夹角;
探测参量设定单元,用于设定探测倾角、入射光偏振角和散射光偏振角,其中,所述探测倾角为第一探测倾角和第二探测倾角;
频移系数获取单元,用于根据所述主应力方向夹角、所述探测倾角、所述入射光偏振角和所述散射光偏振角,得到主应力和的频移系数和主应力差的频移系数;
频移增量获取单元,用于获取所述探测倾角对应的拉曼频移增量,其中,所述第一探测倾角对应的为第一拉曼频移增量,所述第二探测倾角对应的为第二拉曼频移增量;
主应力获取单元,用于根据所述探测倾角对应的拉曼频移增量与第一主应力和第二主应力之间的线性关系、所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数,得到所述第一主应力和所述第二主应力;
其中,所述主应力方向夹角为所述第一主应力方向与所述被测样品的被测表面晶向的夹角,所述入射光偏振角为拉曼系统入射光起偏方向在晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述散射光偏振角为所述拉曼系统散射光检偏方向在所述晶面上的投影与所述被测表面晶向的夹角,所述探测倾角为所述被测样品的法向与拉曼探测光轴的夹角,所述第一探测倾角与所述第二探测倾角不相等;
所述主应力获取单元具体用于:
所述线性关系通过以下公式实现:
Δωα=Kα(σmax+σmin)+Tα(σmax-σmin)
其中,α为所述探测倾角,Δωα为所述探测倾角对应的拉曼频移增量,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,σmax为所述第一主应力,σmin为所述第二主应力;
所述频移系数获取单元具体用于:
根据下式计算所述主应力和的频移系数和所述主应力差的频移系数:
其中,Kα为所述主应力和的频移系数,Tα为所述主应力差的频移系数,Tα的第二项正负号取决于θ的取值范围,当0°<θ<90°时为负,当90°<θ<180°时为正,θ为所述主应力方向夹角,α为所述探测倾角,β为所述入射光偏振角,γ为所述散射光偏振角;
所述主应力获取单元具体用于:
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力和的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数;
根据所述第一探测倾角、所述第二探测倾角和所述主应力差的频移系数,得到所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数;
根据所述第一拉曼频移增量、所述第二拉曼频移增量、所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数、所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数和所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,利用下式得到所述第一主应力和所述第二主应力:
其中,α1为所述第一探测倾角,α2为所述第二探测倾角,Kα1为所述第一探测倾角对应的主应力和的频移系数,Kα2为所述第二探测倾角对应的主应力和的频移系数,Tα1为所述第一探测倾角对应的主应力差的频移系数,Tα2为所述第二探测倾角对应的主应力差的频移系数,Δωα1为所述第一拉曼频移增量,Δωα2为所述第二拉曼频移增量。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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