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《中北大学》 2010年
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基于红外白光干涉技术的MEMS器件形貌测试方法研究

刘毅  
【摘要】: 微结构表面形貌测试是微加工过程控制、监测和诊断的重要手段,基于红外白光干涉技术的MEMS形貌测试方法的研究具有广泛意义。全文从微结构表面形貌测试技术发展及现状入手,针对现有微结构形貌测试方法的研究发展,分析了用来测试高深宽比类结构形貌测试手段的局限性,在此基础上,提出课题的基于红外白光干涉技术的MEMS器件形貌测试方法,在已有红外白光干涉系统上,进行了优化改进,提出透射干涉内部形貌的补偿测试方法,并对测试方法进行了相应的验证,具体研究结果如下: 1.在傅里叶变换红外光谱技术、基于模型的红外反射谱方法以及白光干涉测厚方法的基础上,提出适合MEMS器件形貌测量的红外白光透射干涉算法。 2.在现有MEMS器件形貌测量与表征的红外白光干涉样机系统上,分析了三种扫描方式的优缺点,选用扫描样品的测试方式,实现精确控制微结构的空间位置,分辨率达百纳米级,并在此基础上,对系统进行了抗震性、闭光性、采集位置等改进。 3.对比分析传统算法(VSI、PSI)及现有新算法(VSI和PSI组合算法、SEST算法、白光干涉光谱测厚法),并根据本课题的要求,提出适合本系统的测试算法(红外Stoilov算法),该算法的优点在于可以取任意步进的相移值,而且对二阶、三阶非线性误差具有很好的抑制作用,纵向分辨率可达百纳米级。利用擅长矩阵解算的MATLAB软件对此算法进行设计编程,并对算法操作界面、干涉图获取界面进行了设计分析,方便测试的操作。 4.利用白光干涉算法、红外干涉算法和红外白光透射干涉算法,结合改进后的测试系统,分析透射干涉条纹的分布情况,对干涉光路进行了创新性的光程补偿措施,并针对反射干涉和透射干涉的测试方法,对砷化镓和硅典型样品的表面及内部形貌进行了测试,测试结果与微系统分析仪测试结果一致,横向分辨率可达微米级,纵向分辨率达百纳米级。
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