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原文传递利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法

专利名称：	利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法
摘要：	利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导及台阶型结构进行快速无损检测的方法涉及精密加工与测试领域。该方法包括设计了一种共聚焦激光扫描显微系统，在探测器前设置可调针孔光阑；设计了扫描范围可达100微米控制精度可达10纳米的激光扫描器和物距与倾角都可调的载物台，选定405纳米波长激光器；将被测基片放置在载物台上，设定光阑针孔为<1.0艾里单元的某值、选择扫描范围和扫描层厚度后进行扫描并存储数据；重建扫描图，并横跨波导通道测试其侧壁角；计算内多个通道侧壁角平均值和均方根差值，沿着波导通道做多个切面后计算每一个波导通道上所有切割面侧壁角平均值和均方根差值。该方法可用于大规模微纳型结构在生产中的无损在线快速检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	长春理工大学
发明人：	孙德贵;尚鸿鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910235725.1
公开号：	CN109884020A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	王丹阳
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	130000 吉林省长春市朝阳区卫星路7089号
主权项：	1.利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，该方法使用的共聚焦激光扫描显微系统包括：短波长激光器、激光扩束透镜、二向色镜、二向色镜控制器、大口径物镜、针孔光阑、过滤器、光电倍增管和计算机；该无损测量方法包括如下步骤：步骤一：短波长激光器发出的激光经由激光扩束透镜扩束，通过二向色镜反射到大口径物镜后聚焦在被测物体内部，形成一个纳米级大小的光斑；所述光斑携带被检测区域信息反射回大口径物镜和二向色镜后透射通过针孔光阑成像，通过过滤器后被光电倍增管所接收，存储到计算机中，其中所述针孔光阑设置在像点位置，孔径小于艾里斑单元；步骤二：在被测物体内设定一个包含所有波导或者台阶结构的平面，通过二向色镜控制器控制二向色镜做俯仰和左右运动，使光斑在所述平面附近从左到右进行扫描成像，然后调节二向色镜控制器使二向色镜移动，扫描深度以纳米级步长向上移动，进行第二次扫描成像……重复以上步骤，直至扫描成像覆盖所述平面，形成图像存储在计算机中；步骤三：当步骤二所述光斑聚焦在所述波导或者台阶结构的侧壁上时，由于侧壁成一定角度导致所述光斑反射光不能通过所述针孔光阑、过滤器和光电倍增管成像，所述波导或者台阶结构的侧壁成像为空白；扫描完成后，通过在成像重建图上，在上下两条线的同侧找到转角的像点，两点的连线与上线和下线成的倾角为重建图中得到的侧壁角的上角和下角；步骤四：当光电倍增管接收到光斑反射的成像点时，光电倍增管的振动和图像重建时的噪声会影响重建图中两个侧壁角的成像质量，使测得的侧壁角存在误差，将图像重建时获得的侧壁角的数值基础上减掉计算得到的固有误差值就是侧壁角的测量值，实现了利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法。 2.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，计算所述误差的过程如下：轴向艾里斑单元大小在成像点和重建图中分别为FWHMill,ax和FWHMdet,ax，其中，λexc为激光光源的波长，n为被测材料的折射率，NA为大口径物镜的数值孔径，成像斑层数通过Mill,cn＝h/FWHMill,ax计算获得，h为被测物的高度值，于是从成像斑单元到重建图的高度变化则为： δhcn＝(FWHMdet,ax-FWHMill,ax)·Mill,cn，从而获得了从成像图形到重建图形的角度误差则为：表示侧壁角测量值。 3.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，步骤一所述的二向色镜以10纳米步长向上运动。 4.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，所述步骤二中的扫描区域为100μm2。 5.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，步骤一所述的短波长激光器的波长范围为405-450nm。 6.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，步骤二可以替换为：在被测物体内设定一个最少包含一个完整波导或者一个完整台阶结构的立体空间，通过二向色镜控制器控制二向色镜做俯仰、前后和左右运动，使光斑在所述立体空间附近从左到右，从前到后进行扫描成像，然后调节二向色镜控制器使二向色镜移动，扫描深度以纳米级步长向上移动，进行第二次扫描成像……重复以上步骤，直至扫描成像覆盖所述立体空间，形成图像存储在计算机中。 7.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，还包括一个呈放被测物，最大转角为45度的载物台。 8.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，还包括一个与利用共聚焦激光扫描显微系统连接的计算机。 9.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统对微纳米级介质波导或台阶型结构侧壁角的无损测量方法，其特征在于，所述二向色镜控制器控制二向色镜做三维扫描运动。
所属类别：	发明专利