[發明專利]一種依據樣品空間結構照明的白光干涉測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010125121.4
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111220068B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 劉乾;李璐璐;張輝;黃小津
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/25;G06T7/11
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種依據樣品空間結構照明的白光干涉測量裝置及方法，本發明在照明系統加入微顯示器并能夠將不同的空間圖案投影在樣品表面；在測量時，依據采集的樣品圖像并結合樣品的特征，對樣品的測量區域進行劃分，形成不同的照明圖案；將照明圖案輸入至微顯示器，對相鄰區域進行非同步的空間照明和白光干涉測量，避免相鄰點之間由于多次反射而引起的相干干涉信號干擾；然后將測量的多組的表面高度分布進行組合，進而獲得整個表面的高度分布。本發明采用空間圖案照明的方法抑制了白光干涉測量微溝槽陣列等樣品時相鄰點之間的干擾，能夠無損快速檢測樣品。

技術領域

本發明涉及微納測量領域，具體涉及一種依據樣品空間結構照明的白光干涉測量裝置及方法。

背景技術

白光干涉能夠測量表面的粗糙度、微結構輪廓，精度可達到微納米量級，是微納測量領域的一種關鍵技術。白光干涉通過對樣品表面進行垂直掃描，獲取表面上每一點的相干干涉信號。當樣品表面與參考鏡的光程相等時，相干干涉信號的對比度最大。因此，通過分析每一點的相干干涉信號就能確定樣品上該點的高度信息。由于白光干涉對每一點的相干干涉信號進行分析，因此空間分辨率高、精度高。因此，采用白光干涉測量的前提之一是，相鄰點之間的相干干涉信號之間無干擾。然而，當面對一些特殊樣品時，白光干涉采集的相干干涉信號在相鄰點之間存在干擾，如：夾角等于小于90度的微溝槽陣列結構，微三棱錐陣列，等。此類樣品的由許多光滑的小平面(或小曲面)組成，廣泛應用于顯示屏導光板、光纖熔接機、反光膜等產品中。而對于白光干涉測量，樣品微結構的小平面之間會產生光線多次反射，造成空間相鄰點的相干干涉信號干擾。

為了測量此類帶有反射面的微型結構陣列樣品，研究人員開展了多種測量方法，如微探針掃描法、改進的干涉測量法、雙系統比對法等。微探針掃描法(“B.Ju,Y.Chen,W.Zhang,et al.Note:long range and accurate measurement of deep trenchmicrostructures by a specialized scanning tunneling microscope,Rev.Scie.Instrum.2012,83:056106”)無需考慮光學測量方法的多次反射干擾，但是受限于探針的長度、接觸力、掃描速度，只能測量數十微米深度的微結構，并且會劃傷樣品表面，測量時間長。改進的干涉測量方法是在現有干涉光路對樣品表面處理或規劃測量工藝，如：在樣品表面涂敷折射率匹配液令波前梯度減小(“D.Purcell,A.Suratkar,A.Davies,etal.Interferometric technique for faceted microstructure metrology using anindex matching liquid.Appl.Opt.2010,49:732”)，但只能用于透射式樣品的檢測；建立多次反射模型、規劃從溝槽底部向更低的掃描范圍(“F.Fang,Z.Zeng,X.Zhang,etal.Measurement of micro-V-groove dihedral using white light interferometry,Opt.Commun.2016,359:297”)，能夠測量溝槽面的夾角，但因為光線經過了兩次溝槽面反射而無法測量單個小平面的形貌。雙系統比對法是針對特定角度的溝槽構建兩個特定夾角的干涉顯微鏡，兩個干涉顯微鏡同時以接近法向的角度測量微溝槽的兩個面(“T.Zhang,F.Gao,H.Martin,et al.Amethod for inspecting near-right-angle V-groovesurfaces based on dual-probe wavelength scanning interferometry.Int.J.Adv.Manuf.Technol.2019,104:1”)，進而避免相互干擾，但這種方法適用性不強，僅僅適用于微溝槽表面的樣品，對于三棱錐等多特征面的樣品無法適用。

目前，行業內尚未有效解決高精度、無損檢測小夾角的微結構陣列樣品的關鍵參數

發明內容