[发明专利]一种微米线宽深硅沟槽的光学测量系统与方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及微结构的光谱与显微测量技术领域，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。

背景技术

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。

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的中国发明专利《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的中国发明专利《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。

发明内容

本发明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。

本发明采用以下的技术方案来实现：

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：

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用于将临界照明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。

所述的微米线宽深硅沟槽的光学测量系统中：

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；