一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法技术

一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，涉及光学显微测量领域，具体涉及一种沟槽样品深度的方法。本发明专利技术为了解决现有的测量沟槽样品深度的方法存在精度较低的问题。本发明专利技术首先采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据，并确定沟槽样品两侧边缘的位置和沟槽的宽度W；然后在上、下表面轮廓数据部分分别删除上表面避让距离Dd和下表面避让距离Ds；最后，利用沟槽上、下表面剩余的有效数据范围对应的沟槽样品轮廓数据进行拟合，从而得到准确的沟槽深度。本发明专利技术适用于光学显微仪器的测量领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学显微测量领域，具体涉及一种沟槽样品深度的方法。
技术介绍
在对光学显微测量仪器，如激光共焦扫描显微镜等进行校正和性能测试时，通常会对一系列不同深度的沟槽型标准样品进行测量，从而对仪器轴向性能进行校正和标定。在测量沟槽下表面的过程中，沟槽上表面会对照明光束或信号光路产生遮挡，影响沟槽下表面边缘附近区域的测量精度；而在测量沟槽上表面的过程中，在沟槽边缘附近区域由于照明光斑的缺失，会使得系统的信噪比降低，从而影响该部分区域的测量精度。因此，在用光学显微测量仪器测量沟槽样品时，得到的测量轮廓在沟槽边缘附近区域存在失真。传统的对沟槽深度读数方法中，大部分是直接沿用接触式扫描探针类测量方法的沟槽深度读数方法，并未充分考虑到测量系统的光学特性。因此，采用传统沟槽深度的读数方法，在用于读取沟槽深度的有效数据范围的方法所选取的有效数据范围中，包含了失真区域的数据，降低了测量结果的准确性和精度。在光学测量领域，现行被广泛使用的沟槽高度读取方法是国际标准文件ISO4336-1:2000(E)中规定的W/3方法，这种方法简单易用，但是仍然存在失真区域的数据，降低了测量结果的准确性和精度。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的测量沟槽样品深度的方法存在精度较低的问题。一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，包括以下步骤：步骤1、采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据；步骤2、针对沟槽样品的轮廓数据，采用最大梯度法确定沟槽样品两侧边缘的位置，并得到沟槽的宽度W；步骤3、针对沟槽上表面轮廓数据部分，在沟槽的两侧边缘各选取一段上表面避让距离Dd；在沟槽两侧上表面轮廓数据中删除两个上表面避让距离Dd对应的数据，将剩余的两段沟槽上表面轮廓数据作为上表面有效数据范围；步骤4、针对沟槽下表面轮廓数据部分，在靠近沟槽两侧边缘的位置上各选取一段下表面避让距离Ds，在沟槽下表面轮廓数据中删除两个下表面避让距离Ds对应的数据，将剩余的一段沟槽下表面轮廓数据作为下表面有效数据范围；所述下表面避让距离Ds如下：其中，H为沟槽样品深度的估计值；K为反映实际光学系统聚焦特性与理论情况差异的工艺因子，λ为照明光的波长，NA为所用物镜的数值孔径；步骤5、利用沟槽上表面的两段有效数据范围和沟槽下表面的一段有效数据范围对应的沟槽样品轮廓数据，进行拟合，从而得到准确的沟槽深度。一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，包括以下步骤：步骤1、采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据；步骤2、针对沟槽样品的轮廓数据，采用最大梯度法确定沟槽样品两侧边缘的位置，并得到沟槽的宽度W；步骤3、针对沟槽上表面轮廓数据部分，在沟槽的两侧边缘各选取一段上表面避让距离其中，K为反映实际光学系统聚焦特性与理论情况差异的工艺因子，λ为照明光的波长，NA为所用物镜的数值孔径；判断Dd和的大小，选取Dd和中较大的一个作为最大上表面避让距离；在沟槽两侧上表面轮廓数据中删除两个最大上表面避让距离对应的数据，将剩余的两段沟槽上表面轮廓数据作为上表面有效数据范围；步骤4、针对沟槽下表面轮廓数据部分，在靠近沟槽两侧边缘的位置上各选取一段下表面避让距离其中，H为沟槽样品深度的估计值；同时保证下表面避让距离Ds满足在沟槽下表面轮廓数据中删除两个下表面避让距离Ds对应的数据，将剩余的一段沟槽下表面轮廓数据作为下表面有效数据范围；步骤5、利用沟槽上表面的两段有效数据范围和沟槽下表面的一段有效数据范围对应的沟槽样品轮廓数据，进行拟合，从而得到准确的沟槽深度。本专利技术具有以下有益效果：本方法充分考虑了实际测量过程中存在的光斑缺损、光束遮挡等情况，在选取避让距离时考虑了光学系统所使用的物镜数值孔径、光波波长及沟槽本身的机构尺寸对测量结果的影响，从而避免了将带有精度损失(甚至失真)的数据包含到读数区中，进而避免了原理误差的产生。对该原理误差的抑制在仪器的校正中具有重大的应用价值和意义。同时由于所选取的用于高度读数的有效数据均不受到光斑缺损、光束遮挡等情况的干扰，因此利用该部分数据进行读数能够使得沟槽样品高度的测量精度达到系统的最优精度。相比传统的沟槽样品深度的测量和读取，本专利技术对沟槽样品深度的测量精度大大提高，甚至相对W/3方法，本专利技术的精度提高10％-20％。附图说明图1是沟槽轮廓数据的有效数据范围的示意图；图中，1为沟槽上表面的有效数据范围，2为沟槽下表面的有效数据范围；图2是本专利技术和W/3方法对于选取用于读取沟槽深度的有效数据范围的对比图；图2中，图2(a)为本方法抑制原理误差产生的示意图；其中，1为沟槽上表面的有效数据范围，2为沟槽下表面的有效数据范围，3为测得的沟槽样品轮廓，4为沟槽边缘位置；图2(b)为W/3方法产生原理误差的示意图；其中，10为沟槽上表面的有效数据范围，20为沟槽下表面的有效数据范围，30为产生原理误差的数据范围；图3为照明光能损失示意图；图3(a)为沟槽的台阶上表面光能损失示意图，图3(b)沟槽的台阶下表面光能损失示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2(a)说明本实施方式，一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，包括以下步骤：步骤1、采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据；步骤2、针对沟槽样品的轮廓数据，采用最大梯度法确定沟槽样品两侧边缘的位置，并得到沟槽的宽度W；步骤3、针对沟槽上表面轮廓数据部分，在沟槽的两侧边缘各选取一段上表面避让距离Dd；在沟槽两侧上表面轮廓数据中删除两个上表面避让距离Dd对应的数据，将剩余的两段沟槽上表面轮廓数据作为上表面有效数据范围；所述上表面避让距离Dd的大小与光学系统所用物镜的数值孔径、光波波长有关；步骤4、针对沟槽下表面轮廓数据部分，在靠近沟槽两侧边缘的位置上各选取一段下表面避让距离Ds，在沟槽下表面轮廓数据中删除两个下表面避让距离Ds对应的数据，将剩余的一段沟槽下表面轮廓数据作为下表面有效数据范围；所述下表面避让距离Ds的大小与光学系统所用物镜的数值孔径、光波波长及沟槽样品的深度H有关，下表面避让距离Ds如下：其中，H为沟槽样品深度的估计值；K为反映实际光学系统聚焦特性与理论情况差异的工艺因子，λ为照明光的波长，NA为所用物镜的数值孔径；具体实施方式二：本实施方式步骤3中所述的上表面避让距离Dd的范围其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式步骤4中所述的沟槽样品深度的估计值H的获取过程包括以下步骤：通过样品标称值或者W/3方法读出沟槽样品的深度值，并将其作为沟槽样品的深度估计值，记为H。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式步骤4中所述的下表面避让距离Ds选取其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式步骤3中所述的上表面避让距离Dd选取其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式步骤5所述的得到准确的沟槽深度的具体过程包括以下步骤：利用沟槽上表面的两段有效数据范围对应的轮廓数据拟合出沟槽上表面的数值；利用沟槽下表面的一段有效数据范围对应的轮廓数据拟合出沟槽下表面的数值；将沟槽上表面的数值减去沟槽下表面的数值，得到准确的沟槽深度。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：一种采用光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据；步骤2、针对沟槽样品的轮廓数据，采用最大梯度法确定沟槽样品两侧边缘的位置，并得到沟槽的宽度W；步骤3、针对沟槽上表面轮廓数据部分，在沟槽的两侧边缘各选取一段上表面避让距离Dd；在沟槽两侧上表面轮廓数据中删除两个上表面避让距离Dd对应的数据，将剩余的两段沟槽上表面轮廓数据作为上表面有效数据范围；步骤4、针对沟槽下表面轮廓数据部分，在靠近沟槽两侧边缘的位置上各选取一段下表面避让距离Ds，在沟槽下表面轮廓数据中删除两个下表面避让距离Ds对应的数据，将剩余的一段沟槽下表面轮廓数据作为下表面有效数据范围；所述下表面避让距离Ds如下：W2>Ds≥K·1.19λNA+1.491-1-(NA)2NAH,H∈(0,0.97λ1-1-(NA)2]0.90λNA+1.791-1-(NA)2NAH,H∈(0.97λ1-1-(NA)2,+∞)]]>其中，H为沟槽样品深度的估计值；K为反映实际光学系统聚焦特性与理论情况差异的工艺因子，λ为照明光的波长，NA为所用物镜的数值孔径；步骤5、利用沟槽上表面的两段有效数据范围和沟槽下表面的一段有效数据范围对应的沟槽样品轮廓数据，进行拟合，从而得到准确的沟槽深度。...

【技术特征摘要】
1.一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用光学显微方式获得沟槽样品的轮廓数据；步骤2、针对沟槽样品的轮廓数据，采用最大梯度法确定沟槽样品两侧边缘的位置，并得到沟槽的宽度W；步骤3、针对沟槽上表面轮廓数据部分，在沟槽的两侧边缘各选取一段上表面避让距离Dd；在沟槽两侧上表面轮廓数据中删除两个上表面避让距离Dd对应的数据，将剩余的两段沟槽上表面轮廓数据作为上表面有效数据范围；步骤4、针对沟槽下表面轮廓数据部分，在靠近沟槽两侧边缘的位置上各选取一段下表面避让距离Ds，在沟槽下表面轮廓数据中删除两个下表面避让距离Ds对应的数据，将剩余的一段沟槽下表面轮廓数据作为下表面有效数据范围；所述下表面避让距离Ds如下：W2>Ds≥K·1.19λNA+1.491-1-(NA)2NAH,H∈(0,0.97λ1-1-(NA)2]0.90λNA+1.791-1-(NA)2NAH,H∈(0.97λ1-1-(NA)2,+∞)]]>其中，H为沟槽样品深度的估计值；K为反映实际光学系统聚焦特性与理论情况差异的工艺因子，λ为照明光的波长，NA为所用物镜的数值孔径；步骤5、利用沟槽上表面的两段有效数据范围和沟槽下表面的一段有效数据范围对应的沟槽样品轮廓数据，进行拟合，从而得到准确的沟槽深度。2.根据权利要求1所述的一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，其特征在于，步骤3中所述的上表面避让距离Dd的范围3.根据权利要求2所述的一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，其特征在于，步骤4中所述的沟槽样品深度的估计值H的获取过程包括以下步骤：通过样品标称值或者W/3方法读出沟槽样品的深度值，并将其作为沟槽样品的深度估计值，记为H。4.根据权利要求1至3之一所述的一种采用光学显微方式测量沟槽样品深度的方法，其特征在于，步骤4中所述的下表面避让距离Ds选取Ds=K·1.19λNA+1.491-1-(NA)2NAH,H∈(0,0.97λ1-1-(NA)2&r...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，李梦周，李强，谭久彬，谷康，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23