一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法，微纳加工误差包括深度误差、线宽误差和套刻误差。采用白光干涉仪对所有辅助检测标记点位附近的图形区台阶轮廓进行检测，获得相应位置的三维轮廓数据；利用图像处理方法得到三维轮廓数据沿台阶切面方向截线，计算出深度误差和线宽误差，然后三维轮廓数据俯视方向做投影，可得到台阶边缘线段图，计算出套刻误差。本发明专利技术是为了提高现有加工误差精度要求，提供了基于图像处理的微结构加工误差计算的方法。加工误差计算的方法。加工误差计算的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法


[0001]本专利技术属于微纳加工误差领域，具体涉及一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法。

技术介绍

[0002]随着光学技术的发展，光、机、电一体化成为趋势，要求光学系统做到集成化、阵列化和小型化，衍射光学元件应用越来越广泛。传统的衍射光学元件采用多次掩模套刻加工工艺制作，理论上，4台阶衍射光学元件的衍射效率可达81％，8台阶衍射光学元件的衍射效率达95％。但在微结构加工时会产生很多种加工误差，比如：深度误差、线宽误差、套刻误差等。器件的实际相位结构偏离设计分布，大大降低其衍射效率，为了更好的设计制作衍射光学元件，需根据设计要求提出对加工工艺的要求或根据现有的工艺水平预估计衍射光学元件效果，因而分析加工误差对衍射光学元件的影响是很有意义的。
[0003]深度误差：刻蚀过程中，刻蚀速率标定不准确以及刻蚀过程中材料沉积导致的刻蚀速率下降会引起刻蚀深度偏离设计值，以四台阶衍射元件一个周期为例，当只有刻蚀深度误差存在时，会引入一个恒定的位相偏差。
[0004]线宽误差：当显影时间过长或过度曝光都会导致线宽大于设计值，相反，曝光不足或显影时间过短会导致加工线宽值小于设计值。
[0005]套刻误差：理想情况下，集成电路的当前层图案和前层图案之间完全套准，即相对位移为零。然而实际加工总会存在一定套准误差，因为在对准和曝光这一步骤中，当前层图案的掩膜版不可能完全与前层图案掩膜版保持完美套准关系。套刻误差指的即是掩膜版非理想套准所带来的当前层图案和前层图案之间的相对偏移。
[0006]现有的技术中，采用光学显微镜记录游标尺数据，通过读取游标尺数据获得套刻误差结果，然后采用白光干涉仪对所有标记点位附近的图形区台阶轮廓进行检测，获得相应位置的刻蚀深度数据，得到深度和线宽误差。本专利技术通过白光干涉仪的一次性检测，带入程序计算可同时获得深度、线宽和套刻误差。并且设置多个采样点，可去除粗大误差，求取平均值，检测区域覆盖整个被测镜的有效范围，可信度更高。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决在微纳加工过程中下，引入的加工误差的计算问题。本专利技术是为了提高现有加工误差精度要求，提供了基于图像处理的微结构加工误差计算的方法。
[0008]本专利技术采用的技术方案为：一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法，所述微结构加工误差包括深度误差、线宽误差和套刻误差，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]步骤一：在被测的微结构上做辅助检测标记点位；
[0010]步骤二：采用白光干涉仪对所有标记点位附近的图形区台阶轮廓进行检测，获得相应位置的三维轮廓数据；
[0011]步骤三：将步骤二的三维轮廓数据沿台阶切面方向截得多根截线，该多根截线上
的深度值和线宽值求取平均值，得到每个点位的实测的深度值和线宽值；
[0012]步骤四：每个点位上实测的深度值和线宽值与设计值相比计算出每个点位上的深度误差和线宽误差，并计算出所有点位的深度误差和线宽误差的平均值得到所述微结构的深度误差和线宽误差；
[0013]步骤五：将步骤二的三维轮廓数据俯视方向做投影，得到台阶边缘线段图，拟合该线段图，沿边缘线段的垂直方向取多条截线，得到每一条截线在每一个周期内的截距，多条截线的平均截距得到该点位每个周期内台阶的线宽值，台阶数为2
n
，干涉仪的测量范围内为多个周期；
[0014]步骤六：求出每一个周期内当前台阶和前层台阶之间的线宽值之差，将以上差值平均得到该周期内的套刻误差，干涉仪的测量范围内为多个周期，将多个周期的套刻误差取平均可得到该标记点位的套刻误差。
[0015]进一步地，步骤一设置的标记点位图可根据被测微结构的大小与检测精度需求，设置密集或稀疏。
[0016]进一步地，步骤五中仅用4台阶的微结构加工误差来验证，该方法不仅限于4台阶，还可以推广至8、16及以上。
[0017]进一步地，步骤三及步骤五中均取3根截线求平均，为了提高精度，还可以取更多截线。
[0018]进一步地，步骤六中，干涉仪的测量范围内大约7～8个周期，根据实际情况，干涉仪的测量范围可扩大或缩小。
[0019]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0020]微结构加工时会产生很多种加工误差，比如：深度误差、线宽误差、套刻误差等。现有检测技术中，采用台阶仪任取其中一个区域的任一周期数据，在该周期内测量出深度和线宽误差。本专利技术是在被测镜有效范围内设置N*N的测量区域，利用图像处理计算N*N区域内所有周期的平均值，得到深度和线宽误差。
[0021]现有检测技术中，采用光学显微镜记录游标尺数据，通过读取游标尺数据获得套刻误差结果。本专利技术是在被测镜有效范围内设置N*N的测量区域，利用图像处理计算N*N区域内所有周期的平均值，求出每一个周期内台阶1和2、3和4的宽度之差，将两个值平均得到该周期内的套刻误差。
[0022]本专利技术的计算样本更大，检测区域覆盖整个被测镜的有效范围，可信度更高。
附图说明
[0023]图1为辅助检测标记的点位及命名示意图。
[0024]图2为白光干涉仪检测的三维轮廓数据。
[0025]图3为三维轮廓数据沿台阶切面方向截得一段截线。
[0026]图4为三维轮廓数据台阶边缘线段图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0028]本实施方式的一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法按以下步骤实现：
[0029]步骤一，在被测的镜子上做辅助检测标记，设置点位及命名如图1所示；
[0030]步骤二，采用白光干涉仪对所有标记点位附近的图形区台阶轮廓进行检测，获得相应位置的三维轮廓数据如图2所示；
[0031]步骤三，将步骤二的三维轮廓数据沿台阶切面方向截得一段截线，如图3所示，该截线可计算深度数据和线宽数据；
[0032]步骤四，每个点位上实测的深度数据和线宽数据与设计值相比计算出每个点位深度误差和线宽误差，并计算出所有点位的深度误差和线宽误差的平均值及均方根；
[0033]步骤五，将步骤二的三维轮廓数据俯视方向做投影，可得到台阶边缘线段图如图4所示，沿边缘线段的垂直方向取3条截线，3条截线的平均截距为每个周期内台阶1、2、3、4的线宽值；
[0034]步骤六，求出每一个周期内台阶1和2、3和4的线宽值之差，将两个值平均得到该周期内的套刻误差，干涉仪的测量范围内大约7～8个周期，将7～8个周期的套刻误差取平均可得到该标记点位的套刻误差。
[0035]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的微结构加工误差计算方法，所述微结构加工误差包括深度误差、线宽误差和套刻误差，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在被测的微结构上做辅助检测标记点位；步骤二：采用白光干涉仪对所有标记点位附近的图形区台阶轮廓进行检测，获得相应位置的三维轮廓数据；步骤三：将步骤二的三维轮廓数据沿台阶切面方向截得多根截线，该多根截线上的台阶的深度值和线宽值求取平均值，得到每个点位的实测的深度值和线宽值；步骤四：每个点位上实测的深度值和线宽值与设计值相比计算出每个点位上的深度误差和线宽误差，并计算出所有点位的深度误差和线宽误差的平均值得到该微结构的深度误差和线宽误差；步骤五：将步骤二的三维轮廓数据俯视方向做投影，得到台阶边缘线段图，拟合该线段图，沿边缘线段的垂直方向取多条截线，得到每一条截线在每一个周期内的截距，多条截线的平均截距得到该点位每个周期内台阶的线宽值，台阶数为2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗倩，高国涵，杜俊峰，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：