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微纳机械结构及器件测试技术是实现微纳器件与系统批量制造和实用化的关键,微纳器件与系统因其集成度高,结构复杂,具有高深宽比、多层或立体结构以及可动部件等鲜明特点,对微纳测试技术提出了新的挑战。微纳测试技术正朝着从二维到三维、表面到内部、静态到动态、单参量到多参量耦合、封装前到封装后的方向发展。因此,实现高深宽比微纳结构侧壁和键合器件内部界面几何参量和三维形貌的无损测量对微纳器件和系统的可靠性评估具有重要意义。 白光干涉测量技术是一种非接触的无损光学轮廓测试方法,横向分辨率在μm量级,纵向分辨率可达nm量级,能够解决单色光干涉测量中存在的2π相位模糊问题,适用于阶跃式和不连续的表面形貌测量,具有大量程、非接触、无损伤、高精度等特点。但是,目前广泛应用的白光干涉仪主要工作于波长较短的可见光波段,仅能实现材料或器件表面形貌测量,难以满足高深宽比结构侧壁和键合器件内部界面几何参量和三维形貌的非接触无损精密测量需要。 本项目针对当前高深宽比结构MEMS器件深槽侧壁和键合器件内部界面形貌的无损测试难题,提出了利用半导体材料在红外光波段的相对透明特性和白光干涉无损精密测试技术相结合的测试新方法,设计研制了可同时用于红外光波段和可见光的双波段三维形貌测试系统,开发了基于红外白光干涉测试系统的干涉图像自动提取软件及三维形貌重构软件,将现有白光干涉技术从波长较短的可见光波段推广应用到波长较长的红外光波段。 研制的红外白光干涉形貌测试系统技术指标实现横向分辨率为1um, 纵向分辨率可达100nm量级,可以满足高深宽比结构MEMS器件深槽侧壁和键合器件内部界面形貌的无损伤、高精度测试要求,能够准确重构微纳器件的内部三维形貌,测量误差小于5%。该测试系统作为现有白光干涉仪器的拓展,大大丰富了白光干涉技术的应用领域和现有白光干涉仪的测试范围,具有非接触、非破坏性、速度快、应用范围广等优点,为半导体MEMS器件内部结构特征检测、MEMS工艺在线监控等提供了有效、可靠的测试手段。
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