[发明专利]一种基于Bessel光束离焦扫描的微纳结构特征参数测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于Bessel光束离焦扫描的微纳结构特征参数测量方法及装置，装置包括上位机、控制器、电源模块、测量模块、电动聚焦平移台、电动扫描平移台和待测样品；电动聚焦平移台带动测量模块连续移动，改变其与待测样品表面的距离，使得聚焦光点成像的状态从离焦至聚焦至离焦连续发生变化，移动中拍摄待测样品表面图像；电动扫描平移台用于改变待测样品表面的测量区域；所述测量模块通过Bessel光束实现待测样品表面成像；上位机包括不同微纳结构特征参数所对应的三维图像栈分布数据库，通过分析待测样品表面图像形成图像栈，与数据库进行对比确定微纳结构特征参数。本发明为非接触测量，不会损伤表面且成本较低，效果更优。

技术领域

本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种基于Bessel光束离焦扫描的微纳结构特征参数测量方法及装置。

背景技术

随着纳米技术的发展，微纳结构的使用获得了广泛的关注，其特征参数是加工的核心指标之一。为确保微纳结构的性能，准确测量特征参数是必不可少的步骤。

目前已有多种仪器技术可用于表征微纳结构特征参数，比如扫描探针显微镜、扫描透射/反射电子显微镜、白光干涉仪、弹性光散射技术等。

扫描探针显微镜通过探针测量可获得纳米级分辨率微纳结构三维面形，测量准确可靠，但其成本较高，易受外部噪声的影响，且效率较低，测量50微米×50微米区域时往往需要数十秒，因此该技术一般应用于实验室进行高精度表征；

扫描透射/反射电子显微镜利用电子波长短的特点，以电子为媒介可获得高分辨率微纳结构图像，但其成本较高，使用不便；

白光干涉仪通过非相干干涉成像可使用普通显微成像装置测量结构三维面形，但其受光学衍射极限影响，分辨率较低，无法准确测量亚波长级横向特征参数；

弹性光散射技术使用平行光照射结构，测量其散射光分布，与理想结构散射光进行对比，确定特征参数，测量成本低、精度高，是目前半导体加工中常用的方法。但其测量总体平均特征参数，无法反应结构局部的变化。

离焦扫描技术近年来已被应用于微纳结构特征参数表征研究，通过测量聚焦光束的反射光情况可反演特征参数，但当表面位置变化时，光斑尺寸发生变化，影响了测量效果，因此迫切需要改进现有测量技术，开发一种新型微纳结构特征参数的测量方法及装置，实现特征参数准确、低成本测量，为微纳加工检测提供一种新的技术与工具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于Bessel光束离焦扫描的微纳结构特征参数测量方法及装置，适用于微纳结构特征参数的准确、低成本测量，在微纳结构检测中有广阔的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于Bessel光束离焦扫描的微纳结构特征参数测量装置，包括上位机、控制器、电源模块、测量模块、电动聚焦平移台、电动扫描平移台和待测样品；

所述测量模块安装在所述电动聚焦平移台上，电动聚焦平移台可带动测量模块上下连续移动，改变其与待测样品表面的距离，使得聚焦光点成像的状态从离焦至聚焦至离焦连续发生变化，移动中通过成像探测器实时拍摄待测样品表面图像；

所述电动扫描平移台用于改变待测样品表面的测量区域；

所述测量模块通过Bessel光束实现待测样品表面成像；

所述上位机包括不同微纳结构特征参数所对应的三维图像栈分布数据库，通过分析通过成像探测器实时拍摄的待测样品表面图像，形成图像栈，与三维图像栈分布数据库进行对比确定微纳结构特征参数；

所述电动聚焦平移台及电动扫描平移台均使用闭环步进电机驱动；

所述上位机通过控制器控制电动聚焦平移台和电动扫描平移台；