[發(fā)明專利]利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910235725.1
• 申請(qǐng)日: 2019-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN109884020B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫德貴;尚鴻鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué);南京帝特鵬光子集成技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

1.利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，該方法使用的共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)包括：短波長(zhǎng)激光器、激光擴(kuò)束透鏡、二向色鏡、二向色鏡控制器、大口徑物鏡、針孔光闌、過濾器、光電倍增管和計(jì)算機(jī)；該無損測(cè)量方法包括如下步驟：

步驟一：短波長(zhǎng)激光器發(fā)出的激光經(jīng)由激光擴(kuò)束透鏡擴(kuò)束，通過二向色鏡反射到大口徑物鏡后聚焦在被測(cè)物體內(nèi)部，形成一個(gè)納米級(jí)大小的光斑；所述光斑攜帶被檢測(cè)區(qū)域信息反射回大口徑物鏡和二向色鏡后透射通過針孔光闌成像，通過過濾器后被光電倍增管所接收，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，其中所述針孔光闌設(shè)置在像點(diǎn)位置，孔徑小于艾里斑單元；

步驟二：在被測(cè)物體內(nèi)設(shè)定一個(gè)包含所有波導(dǎo)或者臺(tái)階結(jié)構(gòu)的平面，通過二向色鏡控制器控制二向色鏡做俯仰和左右運(yùn)動(dòng)，使光斑在所述平面附近從左到右進(jìn)行掃描成像，然后調(diào)節(jié)二向色鏡控制器使二向色鏡移動(dòng)，掃描深度以納米級(jí)步長(zhǎng)向上移動(dòng)，進(jìn)行第二次掃描成像……重復(fù)以上步驟，直至掃描成像覆蓋所述平面，形成圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；

步驟三：當(dāng)步驟二所述光斑聚焦在所述波導(dǎo)或者臺(tái)階結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上時(shí)，由于側(cè)壁成一定角度導(dǎo)致所述光斑反射光不能通過所述針孔光闌、過濾器和光電倍增管成像，所述波導(dǎo)或者臺(tái)階結(jié)構(gòu)的側(cè)壁成像為空白；掃描完成后，通過在成像重建圖上，在上下兩條線的同側(cè)找到轉(zhuǎn)角的像點(diǎn)，兩點(diǎn)的連線與上線和下線成的傾角為重建圖中得到的側(cè)壁角的上角和下角；

步驟四：當(dāng)光電倍增管接收到光斑反射的成像點(diǎn)時(shí)，光電倍增管的振動(dòng)和圖像重建時(shí)的噪聲會(huì)影響重建圖中兩個(gè)側(cè)壁角的成像質(zhì)量，使測(cè)得的側(cè)壁角存在誤差，將圖像重建時(shí)獲得的側(cè)壁角的數(shù)值基礎(chǔ)上減掉計(jì)算得到的固有誤差值就是側(cè)壁角的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)了利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，計(jì)算所述誤差的過程如下：軸向艾里斑單元大小在成像點(diǎn)和重建圖中分別為FWHM_ill,ax和FWHM_det,ax，

其中，λ_exc為激光光源的波長(zhǎng)，n為被測(cè)材料的折射率，NA為大口徑物鏡的數(shù)值孔徑，

成像斑層數(shù)通過M_ill,cn＝h/FWHM_ill,ax計(jì)算獲得，h為被測(cè)物的高度值，

于是從成像斑單元到重建圖的高度變化則為：

δh_cn＝(FWHM_det,ax-FWHM_ill,ax)·M_ill,cn，

從而獲得了從成像圖形到重建圖形的角度誤差則為：

φ表示側(cè)壁角測(cè)量值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，步驟一所述的二向色鏡以10納米步長(zhǎng)向上運(yùn)動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟二中的掃描區(qū)域?yàn)?00μm²。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，步驟一所述的短波長(zhǎng)激光器的波長(zhǎng)范圍為405-450nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)對(duì)微納米級(jí)介質(zhì)波導(dǎo)或臺(tái)階型結(jié)構(gòu)側(cè)壁角的無損測(cè)量方法，其特征在于，步驟二可以替換為：在被測(cè)物體內(nèi)設(shè)定一個(gè)最少包含一個(gè)完整波導(dǎo)或者一個(gè)完整臺(tái)階結(jié)構(gòu)的立體空間，通過二向色鏡控制器控制二向色鏡做俯仰、前后和左右運(yùn)動(dòng)，使光斑在所述立體空間附近從左到右，從前到后進(jìn)行掃描成像，然后調(diào)節(jié)二向色鏡控制器使二向色鏡移動(dòng)，掃描深度以納米級(jí)步長(zhǎng)向上移動(dòng)，進(jìn)行第二次掃描成像……重復(fù)以上步驟，直至掃描成像覆蓋所述立體空間，形成圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。