激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法

摘要

本发明为激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法。通过对具有多种材料表面的被测样品进行预先多次标定，在扫描过程中通过自动或手动设置FES信号线性拟合系数，对具有多种材料表面的被测样品进行焦平面位置修正。本发明在不改变原有测量系统硬件结构的基础上，克服激光聚焦方法在测量对象和分辨力上的缺陷，拓展了该方法的应用领域。

权利要求

1.激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法，包括如下步骤：

1)在具有两种以上表面材料的器件结构表面，使聚焦式测头在每个表面进行单独的预先标定，记录各表面聚焦信号参数；

2)以标定后得到的聚焦信号参数作为扫描平台的反馈控制信号，初始化聚焦信号的突变阈值范围；并确认被测样品一直处于激光的焦平面上；

3)对被测样品表面开始扫描，在扫描过程中判断聚焦信号是否超出突变阈值范围；若超出突变阈值范围，则判断发生突变的原因，如果判定聚焦信号突变是由表面材料不同造成的，则手动或自动切换聚焦信号参数，在切换聚焦信号参数后，就需要通过该参数来控制扫描定位装置的反馈，通过调整聚焦信号的输出至新聚焦信号参数下的零点，从而重新修正焦平面的位置，并以所在表面的聚焦信号参数为反馈控制信号，进行扫描；如果判定聚焦信号突变是由单一材料表面起伏造成的，则以原有参数继续扫描；当聚焦信号的输出变化在突变阈值范围内时，认为此时被测表面无突变，属于正常的结构起伏，不需要切换聚焦信号参数。

2.根据权利要求1所述激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法，其特征在于：在扫描到不同材料表面交界或边缘处时，聚焦信号的变化无法识别，通过显微镜预先或实时观察，手动选择不同表面对应的聚焦信号参数，修正焦平面位置。

3.根据权利要求1所述激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法，其特征在于：所述聚焦信号参数采用聚焦误差信号线性拟合的A\D转换参数。

说明书

激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微米纳米测试计量领域中采用的激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法。

[0002] 背景技术

[0003] MEMS技术和超精密加工技术近些年来发展迅速，使得针对微米纳米器件和结构的检测方法成为一个当前新的研究热点。其中，扫描隧道显微技术、原子力显微技术、共聚焦显微技术、光学散射技术都在微纳米测量领域发挥了重要的作用，但是由于上述几种测量方法在测量速度、测量范围、测量对象上的局限性，一种基于成熟CD读取技术的激光聚焦技术被应用在测量微米纳米器件和结构领域中，这种测量方法精度高、速度快、且造价低廉。

[0004] 但是，不可避免的，激光聚焦技术也有一些测量方法本身的缺陷，其中最主要的是激光聚焦方法要求被测样品的表面材料完全一致。这是因为激光聚焦方法主要是依靠一个四象限光电池检测激光焦点在焦平面附近的形状变化来寻找焦平面，如果被测器件的表面材料不一样，表面反射率的不同就会导致焦平面位置的不同，这在测量过程中会造成巨大的方法误差。例如，在不同表面材料构成的台阶结构测量中，台阶的测量值会与实际值偏差高达30％。

[0005] 因为光学分辨率的本身的限制和技术水平的差异，上面提到的激光聚焦式方法的缺陷在一定程度上无法从原理和系统层面消除。

[0006] 发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是：克服聚焦式测头在测量具有不同材料表面的方法缺陷，提供一种激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法。 [0008] 本发明是这样来实现的：

[0009] 激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法，包括如下步骤： [0010] 1)在具有两种以上表面材料的结构表面，使聚焦式测头在每个表面进行单独的预先标定，记录各表面聚焦信号参数；

[0011] 2)以标定后得到的聚焦信号参数作为扫描平台的反馈控制信号，初始化聚焦信号参数的突变阈值范围；并确认被测样品一直处于激光的焦平面上；

[0012] 3)对被测样品表面开始扫描，在扫描过程中判断聚焦信号参数是否超出突变阈值范围；若超出突变阈值范围，则判断发生突变的原因，手动或自动切换聚焦信号参数，修正测量激光的焦平面位置；

[0013] 4)如果判定聚焦信号参数突变是由表面材料不同造成的，在切换聚焦信号参数后，就需要通过该参数来控制扫描定位装置的反馈，通过调整聚焦信号的输出至新聚焦信号参数下 的零点，从而重新修正焦平面的位置，并以所在表面的聚焦信号参数为反馈控制信号，进行扫描；

[0014] 5)当聚焦信号参数的输出数值低于突变阈值范围时，认为此时被测表面无突变，属于正常的结构起伏，不需要切换聚焦信号参数。

[0015] 在扫描到不同材料表面交界或边缘处时，聚焦信号的变化无法识别，通过显微镜预先或实时观察，手动选择不同表面对应的聚焦信号参数，修正焦平面位置。 [0016] 所述聚焦信号参数采用FES(focus error signal，即聚焦误差信号)线性拟合的A\D转换参数。

[0017] 本发明的有益效果是：

[0018] 本发明激光聚焦式测头应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法在不对聚焦式测头硬件结构做修改的情况下，克服了激光聚焦方法只能在单一材料结构表面的测量局限性，拓展了激光聚焦式测量方法在具有多种材料构成的器件结构测量中的应用。 [0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0020] 附图说明

[0021] 图1应用激光聚焦方法对具有不同材料表面的被测样品进行多次标定。 [0022] 图2聚焦信号的突变判定。

[0023] 图3聚焦式测量方法在具有不同材料表面的被测样品中的扫描测量流程。 [0024] 具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例对本发明的激光聚焦方法应用于特殊结构测量中的标定和扫描方法做出详细说明。

[0026] 步骤1：应用激光聚焦方法对具有多种材料表面的被测样品进行预先标定，如图1所示的标定方法为，通过聚焦式测头的光学显微镜，将被测样品的一种材料表面移至焦平面附近，在移动被测表面，获得聚焦式测头的FES信号，选择合适的线性拟合区域、线性变换的上下限、零点等，并存A/D转换系数到存储器；移动聚焦式测头的焦点到被测样品的另一种材料表面，同样记录相关的聚焦信号参数，如果器件和结构中有更多种材料，处理方法相同。为存储器中的每组标定系数编号，使之方便被调用。

[0027] 步骤2：先以所在表面的转换系数控制对扫描装置的反馈，进行对被测样品的扫描，当激光聚焦测头的输出信号发生变化的时候，需要根据设置好的阈值判断聚焦信号是否存在突变，该突变是否由表面材料的变化所致？聚焦信号的突变阈值范围如图2所示，当聚焦信号的输出变化低于阈值范围时，认为此时被测表面无突变，即正常的结构起伏，不需要切换聚焦信号参数。这个阈值的选择依材料之间的差异而定。在判定激光聚焦信号的焦点大小发生突变之后，还需要通过被测样品的已知信息或者通过光学显微镜观察这种突变是由表面起伏、材料不一样、或材料不一样的表面起伏中的哪种情况造成的，并因此选择是否读入表面2的转换系数，重新判定焦平面。然后继续扫描过程，如再次遇到聚焦信号的突变时，做出同样的反应。在具有不同材料表面的被测样品扫描测量中的聚焦信号判定流程如图3所示。

[0028] 步骤3：如果判定聚焦信号突变是由表面材料不同造成的，在切换聚焦参数后，就需要通过该参数来控制扫描定位装置的反馈，通过调整聚焦信号的输出至新聚焦参数下的零点，从而重新修正焦平面的位置，并以所在表面的聚焦信号参数为反馈控制参数，进行扫描。

[0029] 实施例1：在利用聚焦式方法对两种材料表面仅是凸起或者凹入部分有金属镀层构成的台阶结构的测量过程为：1.分别标定出由硅和金属镀层构成的材料表面1和表面2，并将表面1和表面2的聚焦信号参数存入存储器；2.读入以扫描开始点所在的表面参数作为扫描平台的反馈控制系数，开始扫描；3.在扫描过程中，当聚焦信号发生变化时，如果判定该变化超出设好的阈值，则认为扫描点遇到台阶结构的边缘；4.通过已知样品信息或者从光学显微镜观察，判定台阶结构是否由单一材料构成，如果不是，直接切换聚焦信号的参数；5.以新的聚焦信号参数作为反馈控制系数，调整焦平面；6.继续扫描过程，直到聚焦信号又发生变化，此时重复本实施例的过程3，4，5.

[0030] 本发明对公开和揭示的所有组合和方法可通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合和方法已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本申请所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。