一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法

摘要

本发明为一种利用光透射单晶硅挠性支承(又称为挠性筋)，比对颜色测量筋厚的方法，属于测试技术领域。它由测量模板、显微镜、计算机和图像采集、测量软件组成。本发明用于检测单晶硅材料制作，厚度范围为7.0-14.0μm的挠性筋筋厚，通过显微镜的透射光源，在500倍下自动聚焦，经计算机图像采集和测量软件处理，比对筋的颜色与测量模板实现筋厚准确测量。该方法实施简单方便，能进行非破坏、直接测量筋厚，测试精度达到1.0μm，与原先的破坏性间接测量测试窗口推算筋厚的方法相比，大大提高了测量效率和准确性，提升了产品的质量和合格率。

权利要求

1.一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法，其特征是，

(1)制作测量模板

采用10片摆片的掩膜板，氢氧化钾刻蚀溶液，刻蚀速率控制为1.0±0.1μm/min，将10个图形A-G刻蚀成为筋厚范围为7.0-14.0μm，公差≤0.1μm、厚度间隔为1.0μm的一组单晶硅挠性元件硅摆片，作为颜色-筋厚比对的测量模板；

(2)调整设置显微镜参数

选取玻璃载物台，在500倍的放大倍数下，将显微镜的透射光源的光强调至最强12，打开自动聚焦控制系统进行自动聚焦，观察整个筋区表面；

(3)测量记录模板的颜色和平均亮度值

打开图像采集软件，设置曝光时间为350ms，采集图像红、蓝、绿参数设为R＝2.33、G＝1.69、B＝1.00，饱和度＝-212，补偿＝2.56，冻结捕捉摆片筋的图像并保存，打开测量软件，调入刚冻结保存的筋的图像，将测量软件的放大倍数设置为500倍，与采集图像时显微镜的放大倍数一致，打开平均亮度计算功能，计算筋图像的R、G、B值并记录，依次将作为模板的这一组摆片的挠性筋按照上述方法进行测量，得到筋厚范围为7.0-14.0μm的一组图像，将该组图像与筋厚对应形成测量模板；

(4)测量被测挠性筋的颜色和平均亮度值，比对模板得出筋厚

按照(3)的方法选取被测元件，测量记录挠性筋图像的颜色和平均亮度值，与测量模板比对就可以得出筋厚。

说明书

一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于测试技术领域，涉及一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法。

背景技术

[0002] 挠性加速度计是当前在惯性导航和制导领域中广泛应用的一种摆式加速度计。挠性支承作为关键敏感部分可以由金属如铍青铜、铜-钨单晶等或非金属如单晶硅、石英等构成。单晶硅材料制作的挠性支承(又称为挠性筋)，筋厚只有10μm左右。由于其结构、材料的特殊性，没有测量基准面，只能采用破坏性方法测量测试窗口的厚度来间接推算实际筋厚值。破坏性测量方法具有破坏性、不准确和效率低等缺点，不能满足设计加工需求。

[0003] 在实际生产加工中发现由于单晶硅材料对红外光可透过，对于厚度仅有10μm左右的挠性筋，当白光通过筋区时，筋呈现红色。当筋的厚度不同时，筋颜色就不同；反过来说，筋颜色的差异就代表筋厚的差异。因此我们可以通过筋在透光后颜色的差异来判断筋厚。

发明内容

[0004] 本发明的目的是：提出一种检测精度高且不损伤单晶硅挠性元件和挠性筋的一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法。

[0005] 本发明的技术方案是：它由测量模板、显微镜、计算机以及图像采集和测量软件组成。测量模板是通过氢氧化钾(KOH)刻蚀工艺，在恒定的刻蚀速率下，刻蚀成厚度范围为7.0-14.0μm，厚度间隔为1.0μm的一组单晶硅挠性元件硅摆片(以下简称摆片)。测量模板用于比对测量筋厚，标定显微镜的参数。显微镜主要用来提供一定光强的透射光源以及在500倍下整个筋区的观察。通过计算机的图像采集软件记录筋的颜色，然后用测量软件计算筋颜色的平均亮度值。在同样参数下测量记录被测挠性筋的颜色，比对测量模板就可得出筋厚。

[0006] 本发明的方法步骤为：

[0007] (1)制作测量模板

[0008] 采用10片摆片的掩膜板，示意图参见图1。KOH刻蚀溶液，刻蚀速率控制为(1.0±0.1)μm/min。将10个图形A-G刻蚀成为筋厚范围为7.0-14.0μm，公差≤0.1μm的一组摆片，作为颜色-筋厚比对的测量模板。

[0009] (2)调整设置显微镜参数

[0010] 选取玻璃载物台，在500倍的放大倍数下，将显微镜的透射光源的光强调至12(最大)，打开自动聚焦控制系统进行自动聚焦，观察整个筋区表面。

[0011] (3)测量记录模板的颜色和平均亮度值

[0012] 打开图像采集软件，设置曝光时间为350ms，采集图像红、蓝、绿参数设为R＝2.33、G＝1.69、B＝1.00，饱和度＝-212，补偿＝2.56，冻结捕捉摆片筋的图像并保存。打开测量软件，调入刚冻结保存的筋的图像，将测量软件的放大倍数设置为500倍，与采集图像时显微镜的放大倍数一致。打开平均亮度计算功能，计算筋图像的R、G、B值并记录。依次将作为模板的这一组摆片的挠性筋按照上述方法进行测量，得到筋厚范围为7.0-14.0μm的一组图像。将该组图像与筋厚对应形成测量模板。

[0013] (4)测量被测挠性筋的颜色和平均亮度值，比对模板得出筋厚

[0014] 按照(3)的方法选取被测元件，测量记录挠性筋图像的颜色和平均亮度值，与测量模板比对就可以得出筋厚。

[0015] 本发明的优点是：通过KOH刻蚀工艺制作一组摆片作为测量模板，在显微镜的透射光源下，设置调整图像采集软件的红、蓝、绿(R、G、B)值、饱和度、补偿和曝光时间，记录测量被测筋的颜色和平均亮度值，与测量模板比对就可以得出筋厚。该方法是光学透射法，不需要对单晶硅挠性元件和挠性筋进行破坏，并且计算机采集处理速度快，可以批量进行测量，测量精度达到1.0μm，大大提高了检测效率和准确性。

附图说明

[0016] 图1是测量模板掩膜版摆片分布的示意图。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明作进一步详细说明。一种利用光透射颜色比对的筋厚检测方法，它由测试模板、显微镜、计算机以及图像采集和测量软件组成组成。

[0018] 测量模板的制作步骤为：

[0019] (1)掩膜版的选择和KOH刻蚀工艺参数确定。

[0020] 参见图1，掩膜版的10个摆片的分布依次为A-J。KOH刻蚀工艺的刻蚀速率为(1.0±0.1)μm/min。

[0021] (2)间隔1.0μm的预刻蚀台阶刻蚀加工

[0022] 先从硅片的一面，依次打开B-G图形的预刻蚀窗口，使各图形之间的刻蚀深度差为1.0μm。

[0023] 预刻蚀具体过程为：先将B、C、D、E、F、G、H、I图形分别打开，依次刻蚀1.0μm，最后将J图形打开，刻蚀6.0μm。预刻蚀过程中，通过台阶仪监控B图形的刻蚀深度来控制其他所有图形的刻蚀深度和刻蚀均匀性，B图形的测量结果参见表1。两次差值为后一次与前一次刻蚀之间的厚度差，主要用于衡量刻蚀速率。由于台阶仪测量结果为埃 为了便于记录约等值为微米量级的值。

[0024] (3)7.0-14.0μm筋厚测量模板摆片的成型刻蚀

[0025] 在1.0μm间隔预刻蚀台阶制作好后，从预刻蚀的另一面进行KOH成型刻蚀。成型刻蚀的具体过程为：当B正好刻通时，B的筋厚正好为B图形的预刻蚀深度14.0μm，然后将B取下；再对C进行1.0μm的刻蚀，使C图形正好刻通，C的筋厚正好为C图形的预刻蚀深度13.1μm；然后将C取下，依次将D、E、F、G、H、I、J正好刻通时取下，这样每个图形的筋厚都正好等于该图形的预刻蚀深度，参见表2。

[0026] 显微镜参数设置调整操作步骤为：

[0027] (1)显微镜硬件设置

[0028] 将观察方式设置为明视场观察，载物台选用透明玻璃板载物台，光源采用透射光源，光强调至12(最强)，放大倍数设为500倍，使用自动聚焦系统进行自动聚焦。

[0029] (2)图像采集和测量软件的设置

[0030] 显微镜图像采集软件参数设置：曝光时间设为350ms；采集图像红、蓝、绿参数设为R＝2.33、G＝1.69、B＝1.00，饱和度＝-212，补偿＝2.56，测量软件参数设置：放大倍数设置为500倍，与实际图像采集时显微镜的放大倍数一致，选择平均亮度功能计算平均亮度值R、G、B。

[0031] 表1台阶仪测量B图形预刻蚀深度结果

[0032]

[0033] 表2B～J图形的筋厚值

[0034]

[0035] 测量模板的测量过程及结果：

[0036] 将通过KOH刻蚀工艺制作的作为测量模板的，筋厚范围为7.0-14.0μm的8个摆片，筋厚由小到大，按照以上显微镜和图像采集测量软件参数设置，记录测量筋的颜色和平均亮度。测量结果参见表3。

[0037] 表3

[0038]

[0039] 按照该组摆片筋的颜色和平均亮度值划分颜色-筋厚对应关系形成测量模板，参见表4。

[0040] 表4

[0041]

[0042] 实施例

[0043] 选取5片摆片，片号分别为A-2，A-1，B-3，B-6，C-1。将片号为A-2的摆片放在显微镜的玻璃板载物台上，在50倍下选择透射光源并将光强调至最大12。自动聚焦清晰后将放大倍数调至500倍。打开计算机的图像采集软件，将曝光参数设为350ms，采集图像参数R＝2.33、G＝1.69、B＝1.00，饱和度＝-212，补偿＝2.56。冻结捕捉此时筋的图像并保存。然后打开测量软件，将采集软件冻结保存的筋区图像调入，将测量软件的放大倍数调至500倍，与实时采集图像时显微镜的放大倍数一致。选择平均亮度计算功能，计算调入图像的R、G、B值。然后将片号为A-2摆片的筋颜色图像以及平均亮度值与颜色-筋厚模板对应表进行比对，得出筋厚。其它4个摆片按照片号为A-2的摆片检测方法进行检测。

[0044] 5个摆片的测量结果参见表5。

[0045] 表5

[0046]