[發明專利]單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統與方法

在審

• 申請號: 202010837882.2
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111928943A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 胡春光;武飛宇;霍樹春;曲正;王浩;沈萬福;胡曉東;胡小唐;劉晶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01B11/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明一種單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統與方法，包括光源模塊(100)、光束分束模塊(200)、樣品測量模塊(300)、微光斑調控模塊(400)、光譜采集模塊(500)和圖像采集模塊(600)；利用微光斑調控方法實現針對單體微孔的光譜測量，利用大視場與微光斑照明的疊加光強圖像定位待測單體微孔；通過調整微光斑面積以匹配不同直徑的微孔。與現有技術相比，本發明的光學系統中沒有濾光片等損失光波長信息的光學元器件，保證了測量光譜的波長范圍；光源由光纖耦合，降低光源散熱對光學系統穩定性的影響；光纖光譜儀提高了互換性，便于匹配不同結構深度的測量需求。

技術領域

本發明涉及光譜測量技術，特別是涉及一種單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統。

背景技術

高深寬比微孔在電子封裝領域具有重要應用價值。以硅通孔技術(TSV)為例，主要用于在芯片之間、晶圓片之間制作垂直導通通道，實現堆疊芯片之間的垂直互聯。TSV可極大提高芯片在垂直方向的堆疊密度，提高芯片高頻特性，減小芯片件的互聯線長度、芯片外形尺寸及封裝尺寸，以及優化芯片熱膨脹可靠性。為提高TSV刻蝕質量以保證器件良率，需要對TSV深度進行無損測量。

目前微孔深度的無損測量以光譜測量方法為主，且主要針對多個微孔構成的微孔陣列進行深度平均值的測量。當不同微孔的直徑差異較大時，單體微孔深度的準確測量成為一個綜合性的難題。例如，待測單體微孔的準確定位，反射光譜測量區域的識別，微區光譜測量面積的可控調整等。

發明內容

本發明旨在提出一種單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統與方法，實現了待測單體微孔的準確定位與反射光譜測量區域有效識別，以及反射光譜測量區域的可控調整以匹配不同直徑的微孔測量需求。

本發明的一種單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統，其特征在于，該系統包括光源模塊100、光束分束模塊200、樣品測量模塊300、微光斑調控模塊400、光譜采集模塊500和圖像采集模塊600；

其中，所述光源模塊100輸出寬光譜照明光束，由所述光束分束模塊200實現該系統所需的照明光束與測量光束的光強分割與方向轉折；所述樣品測量模塊300輸出樣品的反射光束；所述微光斑調控模塊400調控入射到樣品的微光斑面積，并利用物象共軛關系調控所述光譜采集模塊500進行所測量的樣品區域大小的采集；所述圖像采集模塊600利用樣品的大視場與微光斑疊加圖像，實現待測微孔的定位；所述光譜采集模塊500和所述圖像采集模塊600將光譜與圖像數據發送至計算機；

所述光源模塊100包括寬譜光源1，光源光纖2和光纖準直鏡3；

所述光束分束模塊200包括第一分束鏡4、第二分束鏡5、第三分束鏡8和第四分束鏡15；

所述樣品測量模塊300包括顯微物鏡6和樣品夾持機構7；

所述微光斑調控模塊400包括第一透鏡9、針孔10和第二透鏡11；

所述光譜采集模塊500包括光纖準直器12、光譜儀光纖13和光譜儀14；

所述圖像采集模塊600包括成像筒鏡16、相機17。

利用本發明的單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統所實現的光譜測量方法，包括以下步驟：

步驟A：獲得樣品的清晰成像；

步驟B：通過調整使得到達樣品的微光斑面積只覆蓋單個待測微孔；

步驟C：通過調整使得在樣品表面形成的微光斑覆蓋待測微孔；

步驟D：采集光譜數據并發送至計算機，利用計算機處理分析光譜并獲得待測單體微孔的深度值。

與現有技術相比，本發明的單體高深寬比微孔深度的光譜測量系統與方法具有以下優點：