一種藍寶石晶棒（片）光學均勻性檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種藍寶石晶棒（片）光學均勻性檢測裝置，該裝置包括起偏器、檢偏器和CCD相機，其特征在于該裝置還包括：單色高功率LED點光源、非球面聚光反射鏡、相位延遲器、光學整形器和微調載物臺；該裝置的組成部件按照下述順序設置：非球面聚光反射鏡、單色高功率LED點光源、起偏器、相位延遲器、光學整形器、微調載物臺、檢偏器和CCD相機，并依次固定于鋼制連接板上，且構成檢測光路。該裝置結構簡單，使用方便，檢測精度高，特別適合于雙折射系數較小的藍寶石晶棒（片）的質量檢測與控制。
【專利說明】—種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及與藍寶石單晶材料及檢測技術，具體為一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置。
【背景技術】
[0002]藍寶石單晶廣泛應用于各種半導體外延襯底、手機屏幕以及光電探測窗口。藍寶石單晶內部存在大量缺陷(包括空位、位錯、小角晶界及層錯)以及殘余應力，這些缺陷通常會引起晶格的畸變，從而降低藍寶石晶棒(片)的內在質量，影響其在外延襯底、手機屏幕以及探測窗口等方面的應用。
[0003]通過檢測藍寶石晶棒(片)的光學均勻性，可以無損并且直觀的評估晶棒(片)內部的晶格畸變。藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置可用于藍寶石襯底、藍寶石手機屏幕、藍寶石窗口材料的質量控制。楊愛軍等人曾提出了用于檢測藍寶石內部晶界缺陷的簡易裝置(專利申請?zhí)枮?201210044182.3)。該專利只限于檢測大塊晶錠中的晶界缺陷(晶界在本質上可看作一種非常嚴重的晶格畸變)的存在與否，無法對其余各類缺陷及殘余應力所造成的晶格畸變進行定性評估。由于藍寶石晶棒(片)較小的雙折射系數，對于藍寶石晶棒(片)的晶格畸變的定性評估一般比較困難。
【發(fā)明內容】
[0004]針對現有技術不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該裝置可以對各類藍寶石晶棒(片)光學均勻性進行檢測，從而用于藍寶石晶棒(片)內部的晶格畸變評估和材料的質量控制，且結構簡單，使用方便，檢測精度高，特別適合于雙折射系數較小的藍寶石晶棒(片)的質量檢測與控制。
[0005]本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是:設計一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該裝置包括起偏器、檢偏器和CCD相機，其特征在于該裝置還包括:單色高功率LED點光源、非球面聚光反射鏡、相位延遲器、光學整形器和微調載物臺；該裝置的組成部件按照下述順序設置:非球面聚光反射鏡、單色高功率LED點光源、起偏器、相位延遲器、光學整形器、微調載物臺、檢偏器和CCD相機，并依次固定于鋼制連接板上，且構成檢測光路。
[0006]與現有技術相比，本發(fā)明通過配置高功率單色光源、特殊光學整形以及相位延遲的正交偏振系統(tǒng)，實現了對藍寶石晶棒(片)的光學均勻性的有效檢測和晶格畸變的定性評估。檢測裝置中的單色高功率LED點光源大幅提高了偏振干涉條紋的分辨率，而相位延遲器和光學整形器則可以使入射光波能以較大入射角和特殊的波前形狀掠射入藍寶石晶棒(片)內，從而提高了系統(tǒng)對于光學均勻性以及相應晶格畸變的檢測靈敏度，并且結構簡單，使用方便，檢測精度高，特別適合于雙折射系數較小的藍寶石晶棒(片)的質量檢測與控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置一種實施例的整體結構和檢測光路結構意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置一種實施例(實施例1)檢測優(yōu)等藍寶石晶棒光學均勻性的檢測結果圖。
[0009]圖3為本發(fā)明藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置一種實施例(實施例1)檢測中等質量藍寶石晶棒光學均勻性檢測結果圖。
[0010]圖4為本發(fā)明藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置一種實施例(實施例1)檢測劣等藍寶石晶棒光學均勻性檢測結果圖。【具體實施方式】
[0011]下面結合實施例和其附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0012]本發(fā)明設計的藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置(簡稱裝置，參見圖1)，包括起偏器3、檢偏器7和CXD相機8，其特征在于該裝置還包括:單色高功率LED點光源2、非球面聚光反射鏡1、相位延遲器4、光學整形器5和微調載物臺6 ;所述檢測裝置的組成部件按照下述順序設置:非球面聚光反射鏡1、單色高功率LED點光源2、起偏器3、相位延遲器4、光學整形器5、微調載物臺6、檢偏器7和C⑶相機8，并依次固定于鋼制連接板10上，且構成檢測光路。
[0013]本發(fā)明裝置設計的非球面聚光反射鏡1，要求會聚角度足夠大，從而提高畸變檢測靈敏度，其會聚角> 80°。所述單色高功率LED點光源2要求處于可見光波段，并同時具有高單色性和高功率，從而提高可視干涉條紋的分辨率，其波長應選擇在400-700nm，單色性(±10nm，功率≤1W。所述起偏器3和檢偏器7要求具有高消光比，從而提高干涉條紋的對比度，其消光比< 1:50。相位延遲器4要求具有高延遲精度，從而提高畸變檢測靈敏度，其延遲精度< λ/100。所述光學整形器5要求具有較小的光圈值，以便提高干涉條紋的亮度，其光圈值< F2.8。所述微調載物臺6要求具有較好的平移分辨率，從而提高干涉條紋的清晰度，其平移分辨率< 5 μ m。所述CCD相機8應具有較高的像素，從而提高干涉條紋照片的分辨率，其像素> 300萬。
[0014]綜合上述零部件參數的選擇范圍，并考慮零部件的成本，實施例零部件參數的優(yōu)選范圍是:非球面聚光反射鏡I的會聚角為80-85°。單色高功率LED點光源2的波長為450-650nm，單色性為±3_10nm，功率為1-3W。所述起偏器3和檢偏器7的消光比為1:50-1:200。所述相位延遲器4的延遲精度為λ/100-λ/400。所述光學整形器5的光圈值為Fl.4-F2.8。所述微調載物臺6的平移分辨率為0.3-3 μ m。所述CXD相機8的像素為500-1000 萬。
[0015]本發(fā)明所述置于光路上的所有光學元件在與鋼制連接板10連接固定時必須保證光學幾何中心準直。
[0016]本發(fā)明檢測裝置的工作原理和過程是:高功率LED點光源2發(fā)出的光波經非球面聚光鏡I反射，并經過起偏器3、相位延遲器4和光學整形器5調制后，形成高照度、高單色性的大角度會聚橢圓偏振光。該光波從藍寶石晶棒(片)9的前端面進入藍寶石晶體后發(fā)生雙折射現象，不同入射方位的光波偏振分量經過傳播后形成的光程差與入射角度和局部晶格畸變有關。上述光波從藍寶石晶棒(片)后端面出射至檢偏器7上，形成反映晶格畸變的偏振干涉條紋，并在CCD相機8中成像輸出。‘ 本發(fā)明未述及之處適用于現有技術。
[0017]下面給出本發(fā)明檢測裝置的具體實施例，具體實施例僅用于詳細說明本發(fā)明，并不限制本申請權利要求的保護范圍。
[0018]實施例1
設計一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該檢測裝置具體組成部件描述如下:高功率LED點光源2的波長為450nm，單色性為±5nm，功率為2W ;非球面聚光鏡I的會聚角度為82° ;起偏器3及檢偏器7的消光比為1:100 ;相位延遲器4的延遲精度為λ/100 ；光學整形器5的光圈為F2.0 ;微調載物臺6的平移分辨率為I μ m, CXD相機8的像素為500萬。
[0019]實施例2
設計一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該檢測裝置具體組成部件描述如下:高功率LED點光源2的波長為530nm，單色性為±10nm，功率為IW ;非球面聚光鏡I的會聚角度為80° ;起偏器3及檢偏器7的消光比為1:50 ;相位延遲器4的延遲精度為λ /200 ;光學整形器5的光圈為F2.2 ;微調載物臺6的平移分辨率為2 μ m, CXD相機8的像素為800萬。
[0020]實施例3
設計一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該檢測裝置具體組成部件描述如下:高功率LED點光源2的波長為630nm，單色性為±8nm，功率為3W ;非球面聚光鏡I的會聚角度為85° ;起偏器3及檢偏器7的消光比為1:200 ;相位延遲器4的延遲精度為λ /400 ；光學整形器5的光圈為Fl.8 ;微調載物臺6的平移分辨率為0.5 μ m，CXD相機8的像素為1000 萬。
[0021]利用本發(fā)明檢測裝置(參見實施例1)對優(yōu)等藍寶石晶棒(片)的進行光學均勻性檢測。CCD相機中的成像結果清楚可見(參見圖2)，輸出的干涉圖樣為包含暗十字的完美同心圓組圖案，整幅圖案無任何畸變，對稱性極高。檢測結果表明，該藍寶石晶棒(片)的光學均勻性好，晶格完美，晶棒(片)質量高。
[0022]利用本發(fā)明檢測裝置(參見實施例1)對中等質量藍寶石晶棒(片)的進行光學均勻性檢測。CCD相機中的成像結果清楚可見(參見圖3)，輸出的干涉圖樣為包含暗十字的同心圓組圖案，同心圓中心部分呈現輕微畸變，整幅條紋對稱性尚可。檢測結果表明，該晶棒(片)的光學均勻性一般，晶格有畸變，晶棒(片)質量一般。
[0023]利用本發(fā)明檢測裝置(參見實施例1)對劣等藍寶石晶棒(片)的進行光學均勻性檢測。CCD相機中的成像結果清楚可見(參見圖4)，輸出的干涉圖樣出現大范圍的嚴重畸變，中心處已無法辨認包含暗十字的同心圓組圖案，整幅條紋對稱性很低。檢測結果表明，該晶棒(片)的光學均勻性差，晶格有嚴重畸變，晶棒(片)質量極低，已不能用于任何襯底、屏幕或是窗口材料。
【權利要求】
1.一種藍寶石晶棒(片)光學均勻性檢測裝置，該裝置包括起偏器、檢偏器和CXD相機，其特征在于該裝置還包括:單色高功率LED點光源、非球面聚光反射鏡、相位延遲器、光學整形器和微調載物臺；該裝置的組成部件按照下述順序設置:非球面聚光反射鏡、單色高功率LED點光源、起偏器、相位延遲器、光學整形器、微調載物臺、檢偏器和CCD相機，并依次固定于鋼制連接板上，且構成檢測光路。
2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述非球面聚光反射鏡的會聚角≥80° ;所述單色高功率LED點光源的波長選擇在400-700nm，單色性≤土 10nm，功率≥Iff ；所述起偏器和檢偏器的消光比< 1:50 ;所述相位延遲器的延遲精度< λ/100 ;所述光學整形器的光圈值≤F2.8 ;所述微調載物臺的平移分辨率≤5 μ m ;所述CXD相機的像素≥300萬。
3.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述非球面聚光反射鏡的會聚角為80-85°，所述單色高功率LED點光源的波長為450-650nm，單色性為±3_10nm，功率為1-3W，所述起偏器和檢偏器的消光比為1:50-1:200，所述相位延遲器的延遲精度為λ /100- λ /400，所述光學整形器的光圈值為Fl.4-F2.8，所述微調載物臺的平移分辨率為0.3-3 μ m，所述CCD相機的像素為500-1000萬。
【文檔編號】G01N21/87GK103837538SQ201410097103
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權日:2014年3月18日
【發(fā)明者】閻文博, 陳洪建, 王運滿, 程鵬 申請人:河北工業(yè)大學, 唐山銳晶光電科技股份有限公司