[实用新型]一种基于色散光谱编码的微结构形貌测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于色散光谱编码的微结构形貌测量装置。被测元件与空间光调制器在测量所采用光谱范围的中心波长下呈物像共轭；光束折转耦合器、空间光调制器、准直扩束镜头、分束器、轴向色散型显微物镜、成像耦合镜头和快照式多/高光谱成像探测器之间呈共光路结构。所提供的测量装置无需轴向机械扫描部件，借助空间光调制器、轴向色散型显微物镜和快照式多/高光谱成像探测器，从系统硬件上实现“光谱—调制度—深度”三者之间的唯一性编码，从而完成对微结构，特别是面形变化复杂、非连续的微结构元件表面微观形貌的全场非接触、高精度测量数据的快速获取，有效抑制因机械部件扫描移动引入的测量误差，提升了系统的可控性与抗干扰能力。

技术领域

本实用新型涉及一种微结构形貌的测量技术，特别是一种基于色散光谱编码的微结构形貌的测量装置，属于先进制造与检测领域。

背景技术

在半导体制造、微纳光学加工、虚拟现实（Virtual reality，VR）、增强现实（Augmented reality，AR）等领域，诸如微机电系统（Microelectromechanical systems，MEMS）、衍射光学元件（Diffractive optical element，DOE）等有着广泛的应用。这些元件表面存在的由激光光刻、等离子体刻蚀等工艺形成的复杂微观结构，与元件的残余应力、使用寿命、损伤阈值等内在特性密切相关。对其微结构形貌的超精密检测能够为元件相关性能的预评估与控制提供指导和帮助，相关检测系统与技术的研究引起了人们的极大兴趣与广泛重视。

在种类众多的检测技术中，光干涉显微测量法因其具有全场非接触、高精度等优点，成为微观形貌精密检测的一种有力工具。传统方案多以单色性较好的激光作为光源，结合移相干涉术，测量精度可达亚纳米量级。然而，单波长激光的使用在一定程度上限制了其在表面具有复杂微结构（如阶梯状）的元件三维形貌检测方面的应用。虽然具有唯一零光程差位置的白光干涉显微术可以有效克服上述问题，但其检测需要借助高精度的微位移器（如压电陶瓷堆，Piezoelectric transducer，PZT）沿轴向作精细扫描实现。从而导致整个测量过程较长，极易受外界气流扰动、震动等的影响，仅适用于静态物面的检测，且系统的结构也较为复杂、检测成本较高。相比之下，得益于空间光调制器的出现，基于条纹调制度编码的三维形貌测量法的检测过程更为柔性可控、系统结构也相对简单。然而，为了获得被测物的轴向面形分布，该技术仍然需要利用PZT作轴向扫描，同样存在抗外界干扰能力弱、仅适合（类）静态测量等缺点。如何实现对表面具有复杂微结构的元件三维形貌分布的无机械式扫描、全场非接触、快速（动态甚至瞬态）高精度测量，正成为本领域的研究热点与趋势。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种无需机械扫描部件，能够实现对微结构，特别是面形变化复杂、非连续的微结构元件表面微观形貌的全场非接触、快速（动态甚至瞬态）高精度测量的装置。