【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面三维形貌测量相关，更具体地，涉及一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置及方法。
技术介绍
1、堆叠晶圆的层数很多，在高温高压等环境应力的影响下，晶圆都会产生一定的翘曲以及弯曲情况。长此以往，器件的性能会受到很大的影响。这时需要准确测量堆叠晶圆中各个晶圆表面形貌的变化以便实时掌握器件的变形情况，进而预测器件的性能寿命。而堆叠晶圆的间距一般为几微米到几毫米，常规的技术手段难以测量如此微小的间距。除了堆叠晶圆有目前的测量问题之外，堆叠金属片、激光加工的金属间隙、叠层材料等，凡是以微小间距堆叠的物体，都会有这个测量难题，所以需要一种高精度高效率的测量装置及表面形貌拟合方法解决堆叠片间隙的测量难题。
2、目前对于金属材料的间隙测量一般是探针放电测量方法，即依靠点击使外加直流电压的探针径向移动，当探针移向被测物体至发生放电为止，探针的行程与初始安装间隙之差即为间隙距离，此方法测量误差很大，测量范围小，且适用于金属等导电材料。而针对普遍广泛的在几微米到几毫米甚至更大范围的堆叠片间隙的纳米级测量，现有常规检测手段中均不具备良好的测量能力。
3、因此研究出一种能够精准检测堆叠片变形情况的测量系统，对堆叠片的变形进行高效率高精度测量和评定，利用测量的数据和算法拟合出堆叠片中每个薄片的表面形貌，有利于及时发现堆叠片中薄片的形貌变化，预测器件的性能寿命，提高器件的使用效率。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于多触头
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，该测量装置包括光源、阵列掩模、分光器、反射镜、多触头微反射镜和相机，其中，
3、所述分光器设置在所述光源后方，所述阵列掩模设置在所述分光器和所述光源中间，所述反射镜和多触头微反射镜均设置在所述分光器后方，待测堆叠片设置在所述多触头微反射镜后方；
4、所述阵列掩膜用于将光源发出的光按照掩膜阵列的分布分为多束平行入射的光，一束光线用于检测一个待测堆叠片的曲面变形；所述多触头微反射镜的前端设置有多个微反射镜，在测量过程中，单个微反射镜伸入相邻的待测堆叠片之间进行检测，微反射镜彼此之间的间距按照待测堆叠片中相邻堆叠片之间的间隙设定；
5、光源发出的光经过所述针孔阵列掩模分为几束平行光，对于其中的一束平行光而言，该束平行光经过所述分光器被分为方向不同的两束光，一束进入所述反射镜作为参考光，一束进入所述多触头微反射镜中的一个微反射镜中作为测量光；所述测量光经过所述多触头微反射镜反射照射在待测堆叠片表面被该待测堆叠片反射，反射的光线原路返回至所述分光器；同时，所述参考光被所述反射镜反射进入所述分光器，所述参考光和测量光均被所述分光器反射并进入所述相机中汇合，以此形成干涉图案。
6、进一步优选地，所述阵列掩模的表面具有线性阵列的针孔，针孔阵列之间的距离和多触头微反射镜的触头间距相对应。
7、进一步优选地，所述多触头微反射镜包括基底和设置在基底上的多个触头，所述基底采用透光材料，所述触头的底面与所述基底表面贴合。
8、进一步优选地，所述触头为微型直角棱镜，该微型直角棱镜的斜边为微反射镜，光线从所述基底的侧面入射，从所述微型直角棱镜的直角边入射进入所述微反射镜，经所述微反射镜反射照射在待测堆叠片表面，经待测堆叠片表面反射后的反射光照射在所述微反射镜上，然后原路返回。
9、进一步优选地，所述触头为微型管道棱镜，该微型管道棱镜包括两条微型管道，两条管道的连接处呈直角斜面，该直角斜面为微反射镜，光线从所述基底的底面入射进入其中一条微型管道，经所述微反射镜反射后进入另外一条管道，在另外一条管道中传播后到达待测堆叠片表面，经待测堆叠片表面反射后的反射光照射在所述微反射镜上，然后原路返回。
10、进一步优选地，所述基底包括夹持部分和过渡部分，所述夹持部分用于夹持所述触头，所述过渡部分用于连接所述触头和夹持部分，所述触头的前端设置有微型平面反射镜，该微型平面反射镜为微反射镜。
11、进一步优选地，所述微型平面反射镜以脆性片状材料为基体，表面镀银膜或铝膜，银膜或铝膜表面附着一层二氧化硅保护膜，触头尺寸为1um～10mm。
12、进一步优选地，所述待测堆叠片为堆叠的片状物体，包括堆叠的半导体晶圆、堆叠的金属片或堆叠的芯片。
13、进一步优选地，所述测量装置中还包括第一位移台、第二位移台和第三位移台，所述第一位移台设置在所述反射镜的下方，用于调节所述反射镜的位置，所述第二位移台设置在所述多触头微反射镜的下方，用于调节所述多触头微反射镜的位置，所述第三位移台用于放置待测堆叠片，通过第三位移台的旋转或移动带动待测堆叠片旋转或移动。
14、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种上述所述的测量装置进行测量的方法，该方法包括下列步骤：
15、s1调节所述反射镜和多触头微反射镜的位置，使得在所述相机中形成多个干涉图案；其中，多触头微反射的每个触头介于相邻待测堆叠片之间；
16、s2计算所述多触头微反射镜中光线的反射点与待测堆叠片表面光线的反射点之间的距离，即待测堆叠片表面反射点处的高程值；
17、s3旋转待测堆叠片并记录旋转角度，重复步骤s1～s2，直至获得待测堆叠片中各个表面上多个反射点的高程值；
18、s4利用每个反射点的高程值和所述旋转角度，将所有多个反射点拟合获得待测堆叠片表面曲面，根据该拟合曲面判断待测堆叠片表面是否发生形变；
19、在步骤s3中，还需利用所述高程计算反射点的倾斜角度；所述反射点的倾斜角度按照下列关系式进行计算：
20、
21、其中，h是相机中计算光路反射光相对于参考光路反射光在y方向上偏转的距离，h1是光束入射到多触头微反射镜上的点到待测堆叠片的反射点的距离，l2是多触头微反射镜和分光器与相机距离之和；
22、在拟合时，还需根据反射点的倾斜角度判断拟合所采用的方法，若倾斜角度小于预设阈值，则采用二维griddata插值算法拟合，否则，采用三次多项式拟合算法。
23、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
24、1.本专利技术中采用针孔阵列掩模和多触头微反射镜相配合，阵列掩膜用于将光线分为多束光线，每束光线经过后面的分光器反射镜和多触头微反射镜中的单个微反射镜后形成单独的干涉图案，多束平行光线可以同时测量多个待测堆叠片表面，实现多个待测表面的同时测量，提高测量效率；
25、2.本专利技术测量的待测堆叠片，间隙狭小，一般在几微米到几毫米之间，现有间隙测量的以机械方法探针导电测量为主，测量场景很局限，本专利技术以光学测量原理为基础，通过多触头微反射镜收集堆叠片的反射光数据，得到堆叠片本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，该测量装置包括光源(1)、阵列掩模(2)、分光器(3)、反射镜(5)、多触头微反射镜(9)和相机(7)，其中，
2.如权利要求1所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述阵列掩模(2)的表面具有线性阵列的针孔，针孔阵列之间的距离和多触头微反射镜(9)的触头间距相对应。
3.如权利要求1或2所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述多触头微反射镜(9)包括基底(16)和设置在基底(16)上的多个触头(14)，所述基底(16)采用透光材料，所述触头(14)的底面与所述基底(16)表面贴合。
4.如权利要求3所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述触头(14)为微型直角棱镜，该微型直角棱镜的斜边为微反射镜(17)，光线从所述基底(16)的侧面入射，从所述微型直角棱镜的直角边入射进入所述微反射镜(17)，经所述微反射镜(17)反射照射在待测堆叠片表面，经待测堆叠片表面反射后的反射光照射在所述微反射镜(17
5.如权利要求3所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述触头(14)为微型管道棱镜，该微型管道棱镜包括两条微型管道，两条管道的连接处呈直角斜面，该直角斜面为微反射镜(17)，光线从所述基底(16)的底面入射进入其中一条微型管道，经所述微反射镜(17)反射后进入另外一条管道，在另外一条管道中传播后到达待测堆叠片表面，经待测堆叠片表面反射后的反射光照射在所述微反射镜(17)上，然后原路返回。
6.如权利要求3所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述基底(16)包括夹持部分和过渡部分，所述夹持部分用于夹持所述触头(14)，所述过渡部分用于连接所述触头(14)和夹持部分，所述触头(14)的前端设置有微型平面反射镜，该微型平面反射镜为微反射镜(17)。
7.如权利要求6所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述微型平面反射镜以脆性片状材料为基体，表面镀银膜或铝膜，银膜或铝膜表面附着一层二氧化硅保护膜，触头(14)尺寸为1um～10mm。
8.如权利要求1或2所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述待测堆叠片(11)为堆叠的片状物体，包括堆叠的半导体晶圆、堆叠的金属片或堆叠的芯片。
9.如权利要求1或2所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述测量装置中还包括第一位移台(4)、第二位移台(8)和第三位移台(12)，所述第一位移台(4)设置在所述反射镜(5)的下方，用于调节所述反射镜(5)的位置，所述第二位移台(8)设置在所述多触头微反射镜(9)的下方，用于调节所述多触头微反射镜(9)的位置，所述第三位移台(12)用于放置待测堆叠片，通过第三位移台的旋转或移动带动待测堆叠片旋转或移动。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的测量装置进行测量的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，该测量装置包括光源(1)、阵列掩模(2)、分光器(3)、反射镜(5)、多触头微反射镜(9)和相机(7)，其中，
2.如权利要求1所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述阵列掩模(2)的表面具有线性阵列的针孔，针孔阵列之间的距离和多触头微反射镜(9)的触头间距相对应。
3.如权利要求1或2所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述多触头微反射镜(9)包括基底(16)和设置在基底(16)上的多个触头(14)，所述基底(16)采用透光材料，所述触头(14)的底面与所述基底(16)表面贴合。
4.如权利要求3所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述触头(14)为微型直角棱镜，该微型直角棱镜的斜边为微反射镜(17)，光线从所述基底(16)的侧面入射，从所述微型直角棱镜的直角边入射进入所述微反射镜(17)，经所述微反射镜(17)反射照射在待测堆叠片表面，经待测堆叠片表面反射后的反射光照射在所述微反射镜(17)上，然后原路返回。
5.如权利要求3所述的一种基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置，其特征在于，所述触头(14)为微型管道棱镜，该微型管道棱镜包括两条微型管道，两条管道的连接处呈直角斜面，该直角斜面为微反射镜(17)，光线从所述基底(16)的底面入射进入其中一条微型管道，经所述微反射镜(17)反射后进入另外一条管道，在另外一条管道中传播后到达待测堆...
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