[发明专利]一种基于白光干涉的微纳深沟槽结构快速测量方法

说明书

本发明公开了一种基于白光干涉的微纳深沟槽结构快速测量方法。本发明包括：搭建白光干涉系统，利用白光干涉系统测量沟槽的结构，CCD相机采集获得多组沟槽干涉图及各组中每张沟槽干涉图对应的编号；对沟槽样品的各组沟槽干涉图进行处理后，获得各组沟槽干涉图的最大对比度与局部结构三维重建图；提取各组沟槽干涉图对应的局部结构三维重建图中的分界面重建图；将所有组沟槽干涉图对应的分界面重建图进行拼接后获得沟槽样品的三维结构重建图，根据三维结构重建图测量沟槽样品的深度和宽度。本发明光路更为简洁，方法能对亚毫米级别的沟槽结构进行探测，宽度达到几百微米，深度达到几毫米，测量速度得到很大提升。

技术领域

本发明涉及了集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)器件测量领域的一种沟槽结构测量方法，具体涉及了一种基于白光干涉的微纳深沟槽结构快速测量方法。

背景技术

现有对沟槽结构进行探测的技术中，主要有以下几种方式：分为接触式和非接触式方法。接触式是触针式光学轮廓仪，光学测量属于非接触式的测量技术。在光学测量技术中，包含光学探针法、扫描隧道显微镜法、激光聚焦法和干涉显微法。其中，探针法容易对出现断针现象，且容易对敏感元件造成破坏，接触式测量虽然在逐步缩小探针尺寸，但是随着待测样品表面结构越来越复杂，仍会有一部分区域无法探测到。扫描隧道显微镜主要原理是依据量子力学的隧道效应，粒子运动到高于粒子能量的壁垒也是有一定概率穿过壁垒的。扫描隧道显微镜的测量对象主要是微米或纳米级的样品，且是点式测量，逐点、逐线、逐面扫描，通常耗费时间长，效率较低，在被测样品上找到测量区域也需要耗费较长时间。激光聚焦法基本原理为，将由激光单元发生的计光经过反射将焦点信息反馈到差分光电器，然后通过计算机处理，控制聚焦式测头垂直方向的上下移动，以获得被测样品的表面形貌，工作区间约为微米量级。

对于白光干涉测量技术，使用显微干涉结构进行测量，由于显微干涉光路中光是汇聚光，所以在实际过程中会收到显微镜头景深的限制，且由于光束的汇聚，如果焦面在探测沟槽样品底面之上，会产生干扰光。使用平行光干涉会增加样品的深度范围，理论上无论样品深度为多少都可以垂直入射到样品底部并垂直出射。现有技术中，多针对微米级别的沟槽结构，本专利主要针对亚毫米级别的沟槽结构进行仿真重建。

同时，如果直接使用传统的重心法与差值重心法对深度较宽的结构进行三维重建，会引入很多干扰，本专利发明的算法利用对比度信息作为评价指标，对一组扫描干涉图中的有效信息进行提取，对图像做处理之后再进行三维重建，得到的效果优于直接使用重心法得到的结果，同时时间也会减少。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于白光干涉的微纳深沟槽结构快速测量方法，利用平行光白光干涉探测深度高，所得误差小的特点，将平行光白光干涉与加速方法相结合实现对亚毫米结构的沟槽进行三维形貌测量。

本发明的技术方案如下：

本发明包括以下步骤：

1)搭建白光干涉系统，包括光源、分光镜、CCD相机和平面镜；光源产生白光入射到分光镜中发生透射和反射，分光镜的透射光通过平面镜的反射后入射回分光镜中，入射回分光镜的透射光在分光镜中产生反射，反射后的光束作为第一光束并入射至CCD相机中；分光镜的反射光通过沟槽样品的沟槽的反射后入射回分光镜中，入射回分光镜的反射光在分光镜中产生透射，透射后的光束作为第二光束并入射至CCD相机中；第一束光与第二束光产生干涉被CCD相机所探测，CCD相机探测采集获得沟槽干涉图；

2)利用白光干涉系统测量沟槽的结构，记录CCD相机中出现清晰干涉条纹的次数，根据出现清晰干涉条纹的次数，CCD相机采集获得多组沟槽干涉图并记录各组中每张沟槽干涉图对应的编号；

3)对沟槽样品的每组沟槽干涉图进行灰度处理后获得对应的沟槽灰度干涉图，计算当前组沟槽灰度干涉图的对比度，记录当前组沟槽灰度干涉图的最大对比度；