一种基于数字全息干涉的磁性测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字全息干涉的磁性测量系统及方法，涉及半导体技术领域。本发明专利技术的系统包括：共振簧片、交变梯度磁场发生装置、光路器件和CCD器件；共振簧片，其上固定有待测晶圆样品；交变梯度磁场发生装置，用于产生梯度磁场，所述待测晶圆样品置于所述梯度磁场内；光路器件，用于产生物光以及参考光，所述物光照射在待测晶圆样品上并反射与所述参考光进行相干叠加，叠加后的光强被CCD器件记录和采样。本发明专利技术利用数字全息干涉计量技术测量晶圆样品整个表面各处的振动速度和振幅，进而得到磁性晶圆样品整个表面各处的磁化强度随外加偏置磁场的变化，测试精度高、可以进行实时测量，可以解决晶圆表面各处磁性的表征问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字全息干涉的磁性测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，更具体的说是涉及一种基于数字全息干涉的磁性测量系统及方法。

技术介绍

[0002]超高精度磁强计是用于磁性材料表征的关键基础性设备，被广泛应用于微电子、物理学、材料学等科研领域和磁传感、磁存储芯片的生产研发。目前市面上常见的磁强计有磁光克尔效应磁强计(Magneto
‑
optic Kerr effect magnetometer，MOKE)、振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer，VSM)、超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device，SQUID)和交变梯度磁强计(Alternating gradient force magnetometer，AGFM)等。
[0003]交变梯度磁强计(以下简称AGFM)，AGFM的基本原理是将周期性的梯度场施加到梯度线圈上，使置于其中的样品受到交变力的作用，从而和共振装置发生共振，振动的位移和速度大小正比于样品磁矩，从而通过探测样品振动振幅的大小，进而测得样品的磁矩大小。传统的AGFM采用的是将振动样品置于样品杆上，进而在梯度场中受力共振，再通过与样品杆相连的压电双晶片进行振动速度和振幅的测量。但是压电双晶片测振系统十分脆弱无法实现远距离接触测量，测振精度较低；同时若想对整块晶圆样品表面各处进行磁性表征，则无法使用压电双晶片这种点振动测量方案。
[0004]对于微振动的测量，目前领域内常见的光学手段有激光多普勒测振技术、时间平均干涉计量技术、数字全息干涉计量技术等。对于激光多普勒测振技术，其测量结果受被测体表面情况影响较大，且无法实现二维面振动测量；而时间平均干涉计量技术对于全息图的再现与处理需要花费较长时间，测振效率较低。数字全息干涉计量技术的基本原理是用光敏电子成像器件来记录全息图，用计算机模拟光学衍射过程来实现所记录波前的数字再现，能实现整个测振过程数字化，故测振效率高；同时数字全息干涉计量技术采用的是扩束激光测振系统，可以实现远距离、非接触、实时二维面振动测量，测振精度高，能用于表征整块晶圆样品表面各处磁化强度。
[0005]目前市面上急需一种测试精度高，能表征整块晶圆表面各处磁化强度的磁性测量方案。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于晶圆样品整个表面各处磁化强度测量的数字全息图生成组件，通过利用AGFM梯度共振的原理实现高速度和高灵敏性测量，本专利技术的另一个目的在于提供一种磁性测量系统。本专利技术的再一个目的在于提供一种晶圆表面各处磁性表征方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，包括：共振簧片、交变梯度磁场发生装
置、光路器件和CCD器件；
[0009]共振簧片，其上固定有待测晶圆样品；交变梯度磁场发生装置，用于产生梯度磁场，所述待测晶圆样品置于所述梯度磁场内；光路器件，用于产生物光以及参考光，所述物光照射在待测晶圆样品上并反射与所述参考光进行相干叠加，叠加后的光强被CCD器件记录和采样。
[0010]可选的，还包括计算机，所述计算机与所述CCD器件连接，用于计算晶圆表面磁化强度。
[0011]可选的，所述交变梯度磁场发生装置包括一对相对设置的梯度磁场单元，两个梯度磁场单元用于产生梯度磁场。
[0012]可选的，所述光路器件包括激光器、偏振片、分光器、第一准直扩束装置、第二准直扩束装置、第一平面反射镜、第二平面反射镜；所述激光器用于产生第一探测激光；所述第一探测激光分别经过所述偏振片、所述分光器形成物光和参考光；所述物光进入第一准直扩束装置进行扩束与准直，经所述第一平面反射镜至所述待测晶圆样品，照射到晶圆样品表面并被反射至所述CCD器件表面；所述参考光进入第二准直扩束装置进行扩束与准直，之后经所述第二平面反射镜至所述CCD器件表面与所述物光进行相干叠加。
[0013]一种基于数字全息干涉的磁性测量方法，利用任意一项所述的一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]将待测晶圆样品固定在共振簧片上，并将该晶圆样品置于一梯度磁场内；
[0015]汇合物光和参考光，并使其在CCD器件表面进行相干叠加；
[0016]CCD器件对所述物光和参考光相干叠加产生的相干强度进行记录和采样，根据获得的数字信息生成数字全息图；
[0017]根据所述数字全息图生成待测晶圆表面各处磁化强度。
[0018]可选的，CCD器件对所述物光和参考光相干叠加产生的相干强度进行记录和采样，根据获得的数字信号生成数字全息图，包括：对相干强度连续信号进行离散化处理得到离散化相干强度信号，对离散化相干强度信号进行采样，转化得到数字信号，根据数字信号生成数字全息图。
[0019]可选的，根据所述数字全息图生成待测晶圆表面各处磁化强度，包括：
[0020]计算机对所述数字全息图进行模拟再现形成待测晶圆样品的实时微振动图像；
[0021]通过数字图像处理，对所述待测晶圆样品的实时微振动图像进行分析得到待测晶圆样品的振动速度及振幅；
[0022]根据待测晶圆样品的振动速度及振幅生成所述待测晶圆样品表面各处磁化强度。
[0023]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于数字全息干涉的磁性测量系统及方法，具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术通过利用AGFM梯度共振的原理实现磁性的高速度和高灵敏性测量，同时利用数字全息干涉计量原理可以实现高灵敏度、高精度、无损性、测量范围广的实时二维面振动测量，将二者结合可以实现一种测量精度高且可以表征整块晶圆表面各处磁性的新型测量方案。
[0025]2、本专利技术在磁性晶圆样品在梯度磁场中受力共振的基础上，利用数字全息干涉计量技术测量晶圆样品整个表面各处的振动速度和振幅，进而得到磁性晶圆样品整个表面各
处的磁化强度随外加偏置磁场的变化，测试精度高、可以进行实时测量，可以解决晶圆表面各处磁性的表征问题。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1表示本专利技术实施例中晶圆样品在交变梯度磁场中的共振示意图；
[0028]图2表示本专利技术实施例中数字全息技术记录光路图；
[0029]图3表示数字全息记录过程中待测晶圆样品投光示意图；
[0030]图4表示本专利技术晶圆样品表面各处磁化强度表征方法的流程示意图；
[0031]其中：1
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偏置磁场电磁铁，2
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梯度磁场线圈，3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，其特征在于，包括：共振簧片、交变梯度磁场发生装置、光路器件和CCD器件；共振簧片，其上固定有待测晶圆样品；交变梯度磁场发生装置，用于产生梯度磁场，所述待测晶圆样品置于所述梯度磁场内；光路器件，用于产生物光以及参考光，所述物光照射在待测晶圆样品上并反射与所述参考光进行相干叠加，叠加后的光强被CCD器件记录和采样。2.根据权利要求1所述的一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机与所述CCD器件连接，用于计算晶圆表面磁化强度。3.根据权利要求1所述的一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，其特征在于，所述交变梯度磁场发生装置包括一对相对设置的梯度磁场单元，两个梯度磁场单元用于产生梯度磁场。4.根据权利要求1所述的一种基于数字全息干涉的磁性测量系统，其特征在于，所述光路器件包括激光器、偏振片、分光器、第一准直扩束装置、第二准直扩束装置、第一平面反射镜、第二平面反射镜；所述激光器用于产生第一探测激光；所述第一探测激光分别经过所述偏振片、所述分光器形成物光和参考光；所述物光进入第一准直扩束装置进行扩束与准直，经所述第一平面反射镜至所述待测晶圆样品，照射到晶圆样品表面并被反射至所述CCD器件表面；所述参考光进入第二准直扩束装置进行扩束与准直，之后经所述第二平面反射镜至所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉国栋，白力刚，卢子昱，张学莹，林晓阳，赵巍胜，苏衍峰，曹志强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：