一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法技术方案

本发明专利技术一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法，包括光源模块(100)、分光模块(200)、科勒照明模块(300)、临界光束模块(400)、样品台(500)、显微图像采集模块(600)和复色光谱采集模块(700)；所述光源模块(100)输出复色宽谱准直光束，所述分光模块(200)将准直光束分别导入科勒照明模块(300)和临界光束模块(400)，共同照明样品台(500)上的待测样品；所述样品台(500)控制待测样品的显微对焦与测量区域；采集显微图像和反射光谱并传送给计算机，利用计算机软件解算沟槽深度和关键尺寸。与现有技术相比，本发明专利技术在显微与光谱测量时使用不同照明光波段，优化了光源效率；控制临界光束孔径角提高了沟槽深宽比测量能力。临界光束孔径角提高了沟槽深宽比测量能力。临界光束孔径角提高了沟槽深宽比测量能力。

【技术实现步骤摘要】
一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法


[0001]本专利技术涉及微结构的光谱与显微测量
，特别是涉及一种微米线宽深硅沟槽的深度与关键尺寸光学测量系统与方法。

技术介绍

[0002]微米线宽深硅沟槽是MEMS及微电子领域的常见微结构，优化沟槽的深度与关键尺寸指标是增强微沟槽电荷存储能力、实现叉指电容和传感器灵敏度显著提升的主要手段，在梳齿微电极阵列、超级电容器、加速度传感器、微陀螺、光栅和微纳谐振器等新型MEMS传感器与集成电路先进TSV封装领域应用广泛。为提高微沟槽制造质量并确保器件良率，需要对深度与关键尺寸指标进行精密测量与分析。
[0003]现有光学测量方法不能同时兼顾微沟槽深度和关键尺寸的高精度测量。申请公开号为CN111982007A的中国专利技术专利《实现高深宽比微沟槽深度测量的对比光谱系统及测量方法》利用高稳定性的参考样品，避免了待测样品色差对槽深测量范围和解析准确性的影响，提高了槽深解算效率与精度，参考样品可灵活更换从而匹配不同材料的待测样品。但是该专利不具有单体沟槽测量能力，无光学显微功能，无法直观获得沟槽关键尺寸。申请公开号为CN111928943A的中国专利技术专利《单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法》利用显微系统可实现单体沟槽的深度测量，并且可直接获得沟槽关键尺寸。但是上述专利的物镜数值孔径限制了光学系统对高深宽比微沟槽的测量能力，且分光器数量较多以至于光源利用率较低，影响了测量效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提出一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法，实现了待测深硅微沟槽的深度与关键尺寸高精度光学无损测量，应用不同光学波段进行显微和光谱测量提高了测量效率。
[0005]本专利技术采用以下的技术方案来实现：
[0006]一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统，该系统包括光源模块100、分光模块200、科勒照明模块300、临界光束模块400、样品台500、显微图像采集模块600和复色光谱采集模块700；其中：
[0007]所述光源模块100用于输出复色宽谱准直光束；
[0008]所述分光模块200用于将准直光束分别导入科勒照明模块300和临界光束模块400，
[0009]所述科勒照明模块300用于将科勒照明光束照射于实现所述样品台500上的待测样品；
[0010]所述临界光束模块400用于将临界照明光束照射于实现所述样品台500上的待测样品；
[0011]所述样品台500用于控制待测样品的显微对焦与测量区域；
[0012]所述显微图像采集模块600和所述复色光谱采集模块700分别用于采集显微图像和反射光谱并传送给计算机。
[0013]所述的微米线宽深硅沟槽的光学测量系统中：
[0014]所述光源模块100包括宽谱光源1和准直镜2；
[0015]所述分光模块200包括第一分束器3、第二分束器7、第一反射器10、第三分束器15和第四分束器16；
[0016]所述科勒照明模块300包括短波通滤光器4、第一光阑5、第一透镜6和显微物镜8；
[0017]所述临界光束模块400包括第二透镜11、针孔12、第三透镜13、第二光阑14和显微物镜8；
[0018]所述样品台500包括样品夹持与移动控制机构9；
[0019]所述显微图像采集模块600包括成像筒镜17和相机18；
[0020]所述复色光谱采集模块700包括长波通滤光器19、第四透镜20、光纤21和光谱仪22。
[0021]被测的所述微米线宽深硅沟槽包括单体的微米线宽深硅沟槽或者阵列式的微米线宽深硅沟槽。
[0022]所述第一分束器3和所述第四分束器16为二项色分束器，显微成像应用波长范围400～550nm，光谱测量范围为550～900nm。
[0023]利用一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统所实现的光学测量方法，包括以下步骤：
[0024]步骤A：装夹样品并调整至显微清晰成像；
[0025]步骤B：调整样品位置使得临界光束照明至待测沟槽区域；
[0026]步骤C：调整光源亮度、相机和光谱仪参数以优化测量效率；
[0027]步骤D：采集光谱数据并传递给至计算机软件解算沟槽深度；
[0028]步骤E：采集图像数据并传递给计算机软件解算沟槽尺寸。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法能够达成以下的积极技术效果：
[0030]1)在显微与光谱测量时使用不同照明光波段进行显微和光谱测量，优化了光源效率，从而提高了测量效率；
[0031]2)利用控制临界光束孔径角提高了沟槽深宽比测量能力；
[0032]3)光学结构简单，易于实施与扩展。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统结构示意图；
[0034]图2为本专利技术的一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统实施例示意图；
[0035]图3为本专利技术的利用微米线宽深硅沟槽的光学测量系统所实现的测量方法整体流程示意图；
[0036]附图标记：
[0037]光源模块，200、分光模块，300、科勒照明模块，400、临界光束模块，500、样品台，600、显微图像采集模块，700、复色光谱采集模块；
[0038]1、宽谱光源，2、准直镜，3、第一分束器，4、短波通滤光器，5、第一光阑，6、第一透镜，7第二分束器，8、显微物镜，9、样品夹持与移动控制机构，10、第一反射器，11、第二透镜，12、针孔，13、第三透镜，14、第二光阑，15、第三分束器，16、第四分束器，17、成像筒镜，18、相机，19、长波通滤光器，20、第四透镜，21、光纤，22光谱仪。
具体实施方式
[0039]下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。
[0040]如图1所示，为本专利技术的微米线宽深硅沟槽的深度与关键尺寸光学测量系统结构示意图。该系统包括光源模块100、分光模块200、科勒照明模块300、临界光束模块400、样品台500、显微图像采集模块600和复色光谱采集模块700。
[0041]其中，光源模块100输出复色宽谱准直光束，所述分光模块200将准直光束分别导入科勒照明模块300和临界光束模块400，共同照明所述样品台500上的待测样品；所述样品台500控制待测样品的显微对焦与测量区域；所述显微图像采集模块600和所述复色光谱采集模块700分别采集显微图像和反射光谱并传送给计算机。
[0042]如图2所示，为本专利技术的微米线宽深硅沟槽的深度与关键尺寸光学测量系实施例示意图。
[0043]其中：宽谱光源1和准直镜2构成了光源模块；宽谱光源1选用但不限于氙灯、超连续谱光源、卤钨灯；准直镜2选用但不限于消色差透镜、复消色差平场显微物镜、反射式准直镜。第一分束器3、第二分束器7、第一反射器10、第三分束器15和第四分束器16构成了分光模块；第一分束器3选用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统，其特征在于，该系统包括光源模块(100)、分光模块(200)、科勒照明模块(300)、临界光束模块(400)、样品台(500)、显微图像采集模块(600)和复色光谱采集模块(700)；其中：所述光源模块(100)用于输出复色宽谱准直光束；所述分光模块(200)用于将准直光束分别导入科勒照明模块(300)和临界光束模块(400)，所述科勒照明模块(300)用于将科勒照明光束照射于实现所述样品台(500)上的待测样品；所述临界光束模块(400)用于将临界光束照射于实现所述样品台(500)上的待测样品；所述样品台(500)用于控制待测样品的显微对焦与测量区域；所述显微图像采集模块(600)和所述复色光谱采集模块(700)分别用于采集显微图像和反射光谱并传送给计算机。2.如权利要求1所述的微米线宽深硅沟槽的光学测量系统，其特征在于，其中：所述光源模块(100)包括宽谱光源(1)和准直镜(2)；所述分光模块(200)包括第一分束器(3)、第二分束器(7)、第一反射器(10)、第三分束器(15)和第四分束器(16)；所述科勒照明模块(300)包括短波通滤光器(4)、第一光阑(5)、第一透镜(6)和显微物镜(8)；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春光，武飞宇，霍树春，王子政，沈万福，刘晶，胡晓东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：