高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，解决了现有测试技术无法对硅基MEMS器件中高深宽比沟槽结构的深度和宽度进行无损测量的问题。本装置充分利用近红外光能够穿透硅基底的优势，可以用大数值孔径会聚光束进行测量；针对显微物镜会聚的大数值孔径光束被待测样品的沟槽结构调制降低光束聚焦性的问题，设置显微物镜出瞳像差监测光路和像差主动补偿系统，使得大数值孔径光束能够汇聚到沟槽底部；使用垂直扫描干涉法，得到待测样品沟槽结构的深度和宽度测量结果。本发明专利技术克服了现有测量技术无法实现硅基MEMS器件高深宽比沟槽结构无损测量的难点，能够对待测样品深沟槽结构的深度和宽度进行高精度无损测量。

【技术实现步骤摘要】
高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置
本专利技术涉及精密光学测量工程
，具体涉及一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，针对硅基MEMS器件沟槽结构的深度和宽度进行测量，特别适用于高深宽比的深沟槽结构。
技术介绍
随着微机电系统MEMS的发展，对微结构的测量要求越来越高，以硅为基础的MEMS加工工艺中，深宽比是主要指标之一，直接影响着MEMS器件的性能；现在MEMS高深宽比微结构的沟槽宽度为3~10μm，深度为10~300μm，深宽比一般在10~100:1之间，这种高深宽比微结构的发展对于驱动微机电系统技术在航空、航天、电子、生物、医疗等许多领域的应用将起到关键作用，同时在工艺中相应的测量技术和装置也不断涌现。国内外现有的对高深宽比微结构器件几何测量方法大致有两种：接触式测量和非接触式测量；对于接触式测量，最常用的仪器包括扫描电子显微镜SEM和原子力显微镜，它们需要将器件从侧面剖开才能测量沟槽底部，这种破坏器件结构的方法不适用于在线检测，对提高器件性能的帮助有限；非接触式测量主要指干涉测量技术，以光波干涉原理为基础进行测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，其特征在于：包括近红外短相干光源（1）、柯勒照明系统、第一立方分光棱镜（6）、第一光路折转系统（7）、变形镜（8）、第一中继镜组（9）、第一显微物镜（10）、待测样品（11）、压电陶瓷PZT（12）、第二立方分光棱镜（13）、管镜（14）、第一红外探测器（15）、光瞳镜（16）、单色滤光片（17）、第二红外探测器（18）、第二光路折转系统（19）、第二平面反射镜（20）、第二中继镜组（21）、第二显微物镜（22）、第三平面反射镜（23）；/n所述柯勒照明系统包括共光路依次设置的第一聚光镜（2）、第二聚光镜（3）、第一平面反射镜（4）和第三聚光镜...

【技术特征摘要】
1.一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，其特征在于：包括近红外短相干光源（1）、柯勒照明系统、第一立方分光棱镜（6）、第一光路折转系统（7）、变形镜（8）、第一中继镜组（9）、第一显微物镜（10）、待测样品（11）、压电陶瓷PZT（12）、第二立方分光棱镜（13）、管镜（14）、第一红外探测器（15）、光瞳镜（16）、单色滤光片（17）、第二红外探测器（18）、第二光路折转系统（19）、第二平面反射镜（20）、第二中继镜组（21）、第二显微物镜（22）、第三平面反射镜（23）；
所述柯勒照明系统包括共光路依次设置的第一聚光镜（2）、第二聚光镜（3）、第一平面反射镜（4）和第三聚光镜（5）；
所述压电陶瓷PZT（12）和第一红外探测器（15）连接构成同步扫描采集系统；变形镜（8）和第二红外探测器（18）配合构成像差监测光路和主动补偿系统；
近红外短相干光源（1）发出的光束经过柯勒照明系统产生多视场均匀照明光后，经第一立方分光棱镜（6）分为测试光和参考光；测试光经第一光路折转系统（7）转折到达变形镜（8），经变形镜（8）反射，依次经第一光路折转系统（7）、第一中继镜组（9）和第一显微物镜（10），照射到放置于压电陶瓷PZT（12）上的待测样品（11）；参考光经过第二光路折转系统（19）转折到达第二平面反射镜（20），经第二平面反射镜（20）反射，依次经第二光路折转系统（19）、第二中继镜组（21）和第二显微物镜（22），照射到第三平面反射镜（23）上，并原路返回；待测样品（11）被照明后，反射光原路返回到第一立方分光棱镜（6），经过第二立方分光棱镜（13），一部分光经过管镜（14）将待测样品（11）成像在第一红外探测器（15）上，并与返回的参考光在第一红外探测器（15）上发生干涉；另一部分光经过光瞳镜（16）和单色滤光片（17）将显微物镜的光瞳成像在第二红外探测器（18）上，并与参考光在第二红外探测器（18）上产生干涉，组成显微物镜出瞳像差监测光路，利用压电陶瓷PZT（12）驱动待测样品（11）并使用第二红外探测器（18）采集4幅移相干涉图，计算获得光瞳像差；将显微物镜光瞳像差反馈到变形镜（8），再调整变形镜（8）的形状对光瞳像差进行补偿；采用垂直扫描干涉法通过压电陶瓷PZT（12）驱动待测样品（11），在第一红外探测器（15）上同步接收待测样品（11）不同深度表面的干涉条纹图，最后采用垂直扫描干涉算法对干涉图进行处理得到待测样品沟槽的深度和宽度测量结果。


2.根据权利要求1所述的一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，其特征在于：所述近红外短相干光源（1）位于第一聚光镜（2）的前焦面上，第一聚光镜（2）、第二聚光镜（3）和第三聚光镜（5）依次共焦。


3.根据权利要求1所述的一种高深宽比微结构反射式干涉显微无损测量装置，其特征在于：所述变形镜（8）位于第三聚光镜（5）的后焦面上，且与第一显微物镜（10）的光瞳关于第一中继镜组（9）共轭，第一中继镜组（9）包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志山，马剑秋，袁群，孙一峰，周俊涛，谢澎飞，李赫然，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32