单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法技术方案

本发明专利技术一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法，包括光源模块(100)、光束分束模块(200)、样品测量模块(300)、微光斑调控模块(400)、光谱采集模块(500)和图像采集模块(600)；利用微光斑调控方法实现针对单体微孔的光谱测量，利用大视场与微光斑照明的叠加光强图像定位待测单体微孔；通过调整微光斑面积以匹配不同直径的微孔。与现有技术相比，本发明专利技术的光学系统中没有滤光片等损失光波长信息的光学元器件，保证了测量光谱的波长范围；光源由光纤耦合，降低光源散热对光学系统稳定性的影响；光纤光谱仪提高了互换性，便于匹配不同结构深度的测量需求。

The method of measuring the depth to width ratio of monomers

【技术实现步骤摘要】
单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法
本专利技术涉及光谱测量技术，特别是涉及一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统。
技术介绍
高深宽比微孔在电子封装领域具有重要应用价值。以硅通孔技术(TSV)为例，主要用于在芯片之间、晶圆片之间制作垂直导通通道，实现堆叠芯片之间的垂直互联。TSV可极大提高芯片在垂直方向的堆叠密度，提高芯片高频特性，减小芯片件的互联线长度、芯片外形尺寸及封装尺寸，以及优化芯片热膨胀可靠性。为提高TSV刻蚀质量以保证器件良率，需要对TSV深度进行无损测量。目前微孔深度的无损测量以光谱测量方法为主，且主要针对多个微孔构成的微孔阵列进行深度平均值的测量。当不同微孔的直径差异较大时，单体微孔深度的准确测量成为一个综合性的难题。例如，待测单体微孔的准确定位，反射光谱测量区域的识别，微区光谱测量面积的可控调整等。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法，实现了待测单体微孔的准确定位与反射光谱测量区域有效识别，以及反射光谱测量区域的可控调整以匹配不同直径的微孔测量需求。本专利技术的一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统，其特征在于，该系统包括光源模块100、光束分束模块200、样品测量模块300、微光斑调控模块400、光谱采集模块500和图像采集模块600；其中，所述光源模块100输出宽光谱照明光束，由所述光束分束模块200实现该系统所需的照明光束与测量光束的光强分割与方向转折；所述样品测量模块300输出样品的反射光束；所述微光斑调控模块400调控入射到样品的微光斑面积，并利用物象共轭关系调控所述光谱采集模块500进行所测量的样品区域大小的采集；所述图像采集模块600利用样品的大视场与微光斑叠加图像，实现待测微孔的定位；所述光谱采集模块500和所述图像采集模块600将光谱与图像数据发送至计算机；所述光源模块100包括宽谱光源1，光源光纤2和光纤准直镜3；所述光束分束模块200包括第一分束镜4、第二分束镜5、第三分束镜8和第四分束镜15；所述样品测量模块300包括显微物镜6和样品夹持机构7；所述微光斑调控模块400包括第一透镜9、针孔10和第二透镜11；所述光谱采集模块500包括光纤准直器12、光谱仪光纤13和光谱仪14；所述图像采集模块600包括成像筒镜16、相机17。利用本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统所实现的光谱测量方法，包括以下步骤：步骤A：获得样品的清晰成像；步骤B：通过调整使得到达样品的微光斑面积只覆盖单个待测微孔；步骤C：通过调整使得在样品表面形成的微光斑覆盖待测微孔；步骤D：采集光谱数据并发送至计算机，利用计算机处理分析光谱并获得待测单体微孔的深度值。与现有技术相比，本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统与方法具有以下优点：本专利技术利用微光斑调控方法实现针对单体微孔的光谱测量；利用大视场与微光斑照明的叠加光强图像定位待测单体微孔并识别光谱测量区域；通过调整微光斑面积以匹配不同直径的微孔；光学系统中没有滤光片等损失光波长信息的光学元器件，保证了测量光谱的波长范围；光源由光纤耦合，降低光源散热对光学系统稳定性的影响；光纤光谱仪提高了互换性，便于匹配不同结构深度的测量需求。附图说明图1为本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统结构示意图；图2为本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统实施例示意图；图3为本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量方法整体流程示意图。附图标记：100、光源模块，200、光束分束模块，300、样品测量模块，400、微光斑调控模块，500、光谱采集模块，600、图像采集模块；1、宽谱光源，2、光源光纤、3、光纤准直镜、4、第一分束镜，5、第二分束镜，6、显微物镜，7、样品夹持机构，8、第三分束镜，9、第一透镜，10、针孔，11、第二透镜，12、光纤准直器，13、光谱仪光纤，14、光谱仪，15、第四分束镜，16、成像筒镜，17、相机。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。如图1所示，为本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统结构示意图。该系统包括光源模块100、光束分束模块200、样品测量模块300、微光斑调控模块400、光谱采集模块500和图像采集模块600；其中，光源模块100输出宽光谱照明光束，由光束分束模块200实现该系统所需的照明光束与测量光束的光强分割与方向转折；样品测量模块300输出样品的反射光束；微光斑调控模块400调控入射到样品的微光斑面积，并利用物象共轭关系调控光谱采集模块500进行所测量的样品区域大小的采集；图像采集模块600利用样品的大视场与微光斑叠加图像，实现待测微孔的定位；光谱采集模块500和图像采集模块600将光谱与图像数据发送至计算机。如图2所示，为本专利技术的单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统实施例示意图。其中：光源模块100包括宽谱光源1，光源光纤2和光纤准直镜3；复色光源1选用但不限于氙灯、白光LED、钨灯；光源光纤2选用但不限于多模光纤跳线；光纤准直镜3选用但不限于显微物镜、非球面透镜、光纤准直透镜。光束分束模块200包括第一分束镜4、第二分束镜5、第三分束镜8、第四分束镜15；所述第一分束镜4、第二分束镜5、第三分束镜8、第四分束镜15选用但不限于平板分束器、立方体分束器、薄膜分束器。样品测量模块300包括显微物镜6、样品夹持机构7；其中，显微物镜6选用但不限于5倍率复消色差显微物镜；样品夹持机构7选用但不限于显微镜三轴位移台、手动三轴位移台。微光斑调控模块400包括第一透镜9、针孔10和第二透镜11；其中，第一透镜9和第二透镜11选用但不限于非球面透镜、胶合透镜、显微物镜、筒镜、反射式汇聚镜；针孔10选用但不限于针孔转轮、可调针孔、可调狭缝。光谱采集模块500包括光纤准直器12、光谱仪光纤13、光谱仪14；其中，光纤准直器12包括但不限于显微物镜、反射式准直器、透镜；光谱仪光纤13包括但不限于多模光纤跳线；光谱仪13包括但不限于光纤光谱仪。图像采集模块600包括成像筒镜16、相机17；其中，成像筒镜16选用但不限于焦距200毫米管镜；相机17选用但不限于CCD面阵相机、CMOS面阵相机。具体实施例描述如下：宽谱光源1由光源光纤2耦合至光纤准直镜3输出复色平行光，入射到第一分束镜4；第一分束镜4将平行光分为两束，分别入射到第二分束镜5和第三分束镜8；第二分束镜5的反射光通过显微物镜6到达由样品夹持机构7安装的样品，形成较大的照明区域；第三分束镜8的反射光经过第一透镜9汇聚到针孔10，然后经过第二透镜11形成平行光并入射到第四分束镜15；第四分束镜15的反射光透过第二分束镜5、显微物镜6，在样品上形成与针孔10对应的小光斑；样品被照明区域的反射光通过显微物镜6、第二分束镜5、第四分束镜15和成像筒镜16成像在相机17；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统，其特征在于，该系统包括光源模块(100)、光束分束模块(200)、样品测量模块(300)、微光斑调控模块(400)、光谱采集模块(500)和图像采集模块(600)；/n其中，所述光源模块(100)输出宽光谱照明光束，由所述光束分束模块(200)实现该系统所需的照明光束与测量光束的光强分割与方向转折；所述样品测量模块(300)输出样品的反射光束；所述微光斑调控模块(400)调控入射到样品的微光斑面积，并利用物象共轭关系调控所述光谱采集模块(500)进行所测量的样品区域大小的采集；所述图像采集模块(600)利用样品的大视场与微光斑叠加图像，实现待测微孔的定位所述；光谱采集模块(500)和所述图像采集模块(600)将光谱与图像数据发送至计算机；/n所述光源模块(100)包括宽谱光源(1)，光源光纤(2)和光纤准直镜(3)；/n所述光束分束模块(200)包括第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第三分束镜(8)和第四分束镜(15)；/n所述样品测量模块(300)包括显微物镜(6)和样品夹持机构(7)；/n所述微光斑调控模块(400)包括第一透镜(9)、针孔(10)和第二透镜(11)；/n所述光谱采集模块(500)包括光纤准直器(12)、光谱仪光纤(13)和光谱仪(14)；/n所述图像采集模块(600)包括成像筒镜(16)和相机(17)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种单体高深宽比微孔深度的光谱测量系统，其特征在于，该系统包括光源模块(100)、光束分束模块(200)、样品测量模块(300)、微光斑调控模块(400)、光谱采集模块(500)和图像采集模块(600)；
其中，所述光源模块(100)输出宽光谱照明光束，由所述光束分束模块(200)实现该系统所需的照明光束与测量光束的光强分割与方向转折；所述样品测量模块(300)输出样品的反射光束；所述微光斑调控模块(400)调控入射到样品的微光斑面积，并利用物象共轭关系调控所述光谱采集模块(500)进行所测量的样品区域大小的采集；所述图像采集模块(600)利用样品的大视场与微光斑叠加图像，实现待测微孔的定位所述；光谱采集模块(500)和所述图像采集模块(600)将光谱与图像数据发送至计算机；
所述光源模块(100)包括宽谱光源(1)，光源光纤(2)和光纤准直镜(3)；
所述光束分束模块(200)包括第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第三分束镜(8)和第四分束镜(15)；

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春光，武飞宇，霍树春，曲正，王浩，沈万福，胡晓东，胡小唐，刘晶，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12