[发明专利]一种大高宽比微结构的光学检测方法

说明书

本发明公开了一种大高宽比微结构的光学检测方法，通过观察不同微结构对入射光的不同反射情况，无损检测微结构的侧壁形貌，快速地判断大高宽比微结构是否发生倾斜、扭曲。本发明可以对光刻胶和金属微结构的侧壁形貌进行无损检测，也可以对光刻胶与金属共存的微结构侧壁形貌进行无损检测。本发明中采集的是高衬度的图像，结合样品工作台的快速扫描，可以实现对大尺寸样品的快速检测。本发明可以对工艺过程中的样品进行检测，能够实现样品的原位工况检测。本发明中侧壁倾角检测精度与选择的物镜相关，物镜的放大倍数越高可以提供越高的侧壁倾角检测精度，通常的，可以实现0.1°的侧壁倾角检测精度。

技术领域

本发明涉及微纳加工的检测技术，具体涉及一种大高宽比微结构的光学检测方法。

背景技术

大高宽比微结构有很多重要的应用，像用于X射线成像的光学元件、用于加速度测量的惯性器件等，在医疗、军事和航天等领域中广泛使用。这些元器件的性能与其微结构的高宽比有着密切的关系，像用于X射线成像的光栅，要适应高能X射线的成像需求，就要求光栅具有大高宽比的微米结构。通常的，这些元器件包含的微结构的高宽比越大就具备越优良的器件性能。所以，为了提高器件性能，大高宽比的微结构的制作非常重要。通常来说，高宽比大于4的微结构就可以称为大高宽比微结构。

大高宽比微结构的加工难度大，工艺过程中的各种影响因素往往会造成图形失效。为了保证整个工艺过程的有效性，每步工艺后的结构检测非常必要。大高宽比微结构的检测包括表面形貌和侧壁形貌两方面的检测，由于侧壁形貌是大高宽比微结构最主要的特征形貌，对它进行检测才能真正反映大高宽比微结构的结构特征。对于大高宽比微结构，目前的检测手段有光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜和台阶仪，然而上述几种方法只能检测微结构的表面形貌，无法检测微结构的侧壁形貌，也就无法给出大高宽比微结构的结构特征^[1,2]。特别是对于电镀之后的微结构，当光刻胶微结构被电镀的金属全部填充满时，其侧壁无法接触也就更无法进行观测，即使侧壁发生了形变也会被金属所掩盖。所以，金属微结构的检测就更加困难了。目前还没有一种有效的无损检测方法，要实现侧壁形貌的检测只有对微结构进行破坏，通过观察微结构的截面来观测侧壁形貌，而这会使得工艺无法进行下去。因此，我们需要发展一种快速有效的无损检测方法去检测这种大高宽比微结构。

发明内容

本发明的目的是针对大高宽比微结构侧壁难以检测的问题，提出一种微结构侧壁光学检测方法。通过观察不同微结构对入射光的不同反射情况，无损检测微结构的侧壁形貌，快速地判断大高宽比微结构是否发生倾斜、扭曲。

本发明采用的技术方案为：一种大高宽比微结构的光学检测方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建光学检测系统，光学检测系统包括样品工作台，可见光光源，准直镜系统，照相系统，角度调节机构，样品工作台置于最下方，用于放置样品，可以实现样品的倾斜、旋转和快速扫描；可见光光源系统置于被检测样品的上方，用于提供照明；准直镜系统置于可见光光源前端，用于使光源变成平行光，提供检测用的入射平行光；照相系统置于反射光出射位置，用于接受反射光；角度调节机构置于平行光源系统以及照相系统处，用于调节入射光角度和适应出射光角度；

步骤二、一束入射光沿着微结构长度方向入射，在光线出射位置放置一台相机来观测光线的反射情况，光线从微结构一端入射到光刻胶里，到达基底表面反射回来，再从光刻胶表面某一点出射，由于从微结构一端至该点区域没有光线出射，所以在相机上观察到该区域是暗的；而该点至微结构另一端区域有出射光线，所以在相机上观察到此区域是亮的，整个微结构就会出现一端亮一端暗的现象，理想的大高宽比微结构侧壁是陡直的，入射光可以从基底反射出去，整个微结构会呈现非常特征的一端亮一端暗，明亮条纹的宽度与微结构线宽一致；如果大高宽比微结构侧壁是倾斜的，出射光线的分布受到微结构侧壁的影响，会使出射光线重新分布，整个微结构仍然会呈现非常特征的一端亮一端暗，但明亮条纹的宽度小于微结构线宽。

进一步地，所述样品工作台是多轴位移台，可以实现样品的倾斜、旋转和快速扫描，结合计算机自动识别和数据处理，可以实现对大尺寸样品的快速检测。