(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210373807.4 (22)申请日 2022.04.07 (66)本国优先权数据 202210321961.7 202 2.03.30 CN (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 王琛　张思勉　王宇祺　邓晓楠　 武逸飞　李正操　 (74)专利代理 机构 北京林达刘知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11277 专利代理师 刘新宇 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于拉曼分析的无损高深宽比结构的测量 装置及方法 (57)摘要 本公开涉及一种基于拉曼分析的无损高深 宽比结构 的测量装置及方法， 该装置包括： 激光 光源发射出激光光束； 聚光部件使激光光束聚焦 于可动载物台上方且使得聚光部件的焦平面位 于初始位置， 并在测量过程中控制焦平面从初始 位置移动到待测孔的底面； 可动载物台承载待测 样品且能够在与光路主轴垂直的平 面移动， 待测 样品中待测孔的轴向与光路主轴平行且待测孔 处于与激光光束的聚焦区域对应的位置； 探测模 块对入射的待测样品返回的拉曼散射信号进行 采集， 并根据采集结果确定出待测孔的结构参 数。 可对高深宽比结构进行快速无损测量， 有助 于高效评估加工质量和微结构特征， 为提高工艺 良率、 优化工艺条件提供依据。 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 CN 114778514 A 2022.07.22 CN 114778514 A 1.一种基于拉曼分析的无损高深宽比结构的测量装置， 其特征在于， 用于对待测样品 中待测孔的结构参数进行测量， 所述装置包括： 激光光源、 聚光部件、 可动载物台、 探测模 块； 所述激光 光源， 用于发射出激光 光束； 所述聚光部件， 用于对所述激光光束进行会聚使所述激光光束聚焦于所述可动载物台 上方且使得所述聚光部件的焦平面位于初始 位置处， 并在测量过程中控制所述焦平面从所 述初始位置 至少移动到所述待测孔的底面； 所述可动载物台， 用于承载所述待测样品， 能够在与所述聚光部件的光路主轴垂直的 平面移动， 所述待测样品中待测孔的轴向与所述光路主轴平行且所述待测孔处于与所述激 光光束的聚焦区域对应的位置； 探测模块， 用于对接收到的所述待测样品对所述激光光束进行散射后返回的拉曼散射 信号进行采集， 并根据采集结果确定出 所述待测孔的结构参数。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 所述装置还 包括： 可调光阑， 用于对所述拉曼散射信号中的部分进行遮挡， 使得所述拉曼散射信号中对 应于聚焦区域的信号入射到所述探测模块。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述聚光部件包括： 焦距可调的可调聚光 部件， 所述可调聚光部件， 在测量过程中对自身焦距进行调整， 以使得所述焦平面从所述初 始位置至少移动到所述待测孔的底面。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 所述聚光部件 包括可动聚光部件， 所述可动聚光部件能够沿第 一方向远离或靠近所述可动载物台， 所述第 一方向与 所述 光路主轴平行； 其中， 测量过程中， 所述可动聚光部件沿第一方向靠近所述可动载物台， 以使得所述焦 平面从所述初始位置 至少移动至所述待测孔的底面； 所述可动聚光部件 包括光学显微镜， 所述 光路主轴为所述 光学显微镜中物镜的光轴。 5.根据权利要求1 ‑4任意一项所述的装置， 其特征在于， 所述结构参数包括以下至少一 项： 所述待测孔的深度、 所述待测孔的侧壁起伏度、 所述待测孔的内径变化率中的至少一 种。 6.根据权利要求5所述的装置， 其特征在于， 所述采集结果包括所述拉曼散射信号的信 号强度， 根据采集结果确定出 所述待测孔的结构参数， 包括： 根据每个所述采集结果的信号强度和对应的所述焦平面向所述可动载物台移动的第 一距离， 确定出与所述焦平面对应的扫描曲线； 确定出所述扫描曲线中的多个特 征点以及每 个所述特 征点分别对应的第一距离； 根据所述待测孔对应的拉曼散射模型和/或参样数据库， 根据各所述特征点以及对应 的第一距离， 确定出 所述待测孔的结构参数； 其中， 所述拉曼散射模型是根据与所述待测孔匹配的结构对所述激光光束的反射和/ 或散射规律创建的； 所述参样数据库中的参数是根据与所述待测孔匹配的结构对所述激光 光束的反射和/或散射 规律确定的。 7.根据权利要求6所述的装置， 其特征在于， 根据所述待测孔对应的拉曼散射模型和/权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114778514 A 2或参样数据库、 各所述特征点以及对应的移第一距离， 确定出所述待测孔的结构参数， 包 括： 根据所述待测孔对应的拉曼散射模型和/或参样数据库确定出所述多个特征点中的底 面极大值 点和顶面极小值 点； 根据所述底面极大值点和所述顶面极小值点分别对应的第 一距离， 确定出所述待测孔 的深度。 8.一种基于拉曼分析的无损高深宽比结构的测量方法， 其特征在于， 应用于权利要求 1‑7任意一项所述的测量装置， 所述方法包括： 将待测样品固定到所述可动载物台上， 并使得所述待测样品中待测孔的轴向与聚光部 件的光路主轴平行； 控制激光 光源向所述待测样品发射出激光 光束； 控制所述聚光部件， 使得所述聚光部件的焦平面处于所述可动载物台上方的初始位 置； 控制所述可动载物台在与 所述光路主轴垂直的平面移动， 使得所述待测孔的位置与激 光光束的聚焦区域重合； 测量过程中， 控制所述 聚光部件使得所述焦平面从所述初始位置至少移动至所述待测 孔的底面； 控制探测模块对接收到的所述待测样品对所述激光光束进行散射后返回的拉曼散射 信号进行采集， 并根据采集结果确定出 所述待测孔的结构参数。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 调节可调光阑的孔径， 以遮挡所述拉曼散射信号中除对应于聚焦区域的信号之外的信 号， 使得所述拉曼散射信号中对应于聚焦区域的信号入射到所述探测模块。 10.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 在完成当前待测孔的测量之后， 控制所述可动载物台进行移动， 以使得下一待测孔处 于所述激光 光束的聚焦区域， 以进行 所述下一待测孔的测量。 11.根据权利要求8 ‑10任意一项所述的方法， 其特征在于， 所述结构参数包括以下至少 一项： 所述待测孔的深度、 所述待测孔的侧壁起伏度、 所述待测孔的内径变化率中的至少一 种。 12.根据权利要求11所述的方法， 其特征在于， 所述采集结果包括所述拉曼散射信号的 信号强度， 根据采集结果确定出 所述待测孔的结构参数， 包括： 根据每个采集结果的信号强度和对应的所述焦平面向所述可动载物台移动的第一距 离， 确定出与所述焦平面对应的扫描曲线； 确定出所述扫描曲线中的多个特 征点以及每 个所述特 征点分别对应的第一距离； 根据所述待测孔对应的拉曼散射模型和/或参样数据库、 各所述特征点以及对应的移 第一距离， 确定出 所述待测孔的结构参数； 其中， 所述拉曼散射模型是根据与所述待测孔匹配的结构对所述激光光束的反射和/ 或散射规律创建的； 所述参样数据库中的参数是根据与所述待测孔匹配的结构对所述激光 光束的反射和/或散射 规律确定的。 13.根据权利要求12所述的方法， 其特征在于， 根据所述待测孔对应的拉曼散射模型权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114778514 A 3