專利名稱：一種利用光透射顏色比對的筋厚檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用光透射顏色比對的筋厚檢測方法。
背景技術(shù)：
撓性加速度計是當前在慣性導航和制導領(lǐng)域中廣泛應用的一種擺式加速度計。撓 性支承作為關(guān)鍵敏感部分可以由金屬如鈹青銅、銅-鎢單晶等或非金屬如單晶硅、石英等 構(gòu)成。單晶硅材料制作的撓性支承(又稱為撓性筋)，筋厚只有ΙΟμπι左右。由于其結(jié)構(gòu)、 材料的特殊性，沒有測量基準面，只能采用破壞性方法測量測試窗口的厚度來間接推算實 際筋厚值。破壞性測量方法具有破壞性、不準確和效率低等缺點，不能滿足設(shè)計加工需求。在實際生產(chǎn)加工中發(fā)現(xiàn)由于單晶硅材料對紅外光可透過，對于厚度僅有10 μ m左 右的撓性筋，當白光通過筋區(qū)時，筋呈現(xiàn)紅色。當筋的厚度不同時，筋顏色就不同；反過來 說，筋顏色的差異就代表筋厚的差異。因此我們可以通過筋在透光后顏色的差異來判斷筋 厚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種檢測精度高且不損傷單晶硅撓性元件和撓性筋的一種 利用光透射顏色比對的筋厚檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是它由測量模板、顯微鏡、計算機以及圖像采集和測量軟件組 成。測量模板是通過氫氧化鉀(KOH)刻蝕工藝，在恒定的刻蝕速率下，刻蝕成厚度范圍為 7. 0-14. 0 μ m,厚度間隔為1. 0 μ m的一組單晶硅撓性元件硅擺片(以下簡稱擺片)。測量模 板用于比對測量筋厚，標定顯微鏡的參數(shù)。顯微鏡主要用來提供一定光強的透射光源以及 在500倍下整個筋區(qū)的觀察。通過計算機的圖像采集軟件記錄筋的顏色，然后用測量軟件 計算筋顏色的平均亮度值。在同樣參數(shù)下測量記錄被測撓性筋的顏色，比對測量模板就可 得出筋厚。本發(fā)明的方法步驟為(1)制作測量模板采用10片擺片的掩膜板，示意圖參見圖1。KOH刻蝕溶液，刻蝕速率控制為 (1.0士0· 1) ym/min。將10個圖形A-G刻蝕成為筋厚范圍為7. 0-14. 0 μ m，公差彡0. 1 μ m 的一組擺片，作為顏色_筋厚比對的測量模板。(2)調(diào)整設(shè)置顯微鏡參數(shù)選取玻璃載物臺，在500倍的放大倍數(shù)下，將顯微鏡的透射光源的光強調(diào)至12 (最 大)，打開自動聚焦控制系統(tǒng)進行自動聚焦，觀察整個筋區(qū)表面。(3)測量記錄模板的顏色和平均亮度值打開圖像采集軟件，設(shè)置曝光時間為350ms，采集圖像紅、藍、綠參數(shù)設(shè)為R = 2.33、6=1.693=1.00，飽和度=-212，補償=2.56，凍結(jié)捕捉擺片筋的圖像并保存。打 開測量軟件，調(diào)入剛凍結(jié)保存的筋的圖像，將測量軟件的放大倍數(shù)設(shè)置為500倍，與采集圖像時顯微鏡的放大倍數(shù)一致。打開平均亮度計算功能，計算筋圖像的R、G、B值并記錄。依次 將作為模板的這一組擺片的撓性筋按照上述方法進行測量，得到筋厚范圍為7. 0-14. 0 μ m 的一組圖像。將該組圖像與筋厚對應形成測量模板。(4)測量被測撓性筋的顏色和平均亮度值，比對模板得出筋厚按照(3)的方法選取被測元件，測量記錄撓性筋圖像的顏色和平均亮度值，與測 量模板比對就可以得出筋厚。本發(fā)明的優(yōu)點是通過KOH刻蝕工藝制作一組擺片作為測量模板，在顯微鏡的透 射光源下，設(shè)置調(diào)整圖像采集軟件的紅、藍、綠(R、G、B)值、飽和度、補償和曝光時間，記錄 測量被測筋的顏色和平均亮度值，與測量模板比對就可以得出筋厚。該方法是光學透射法， 不需要對單晶硅撓性元件和撓性筋進行破壞，并且計算機采集處理速度快，可以批量進行 測量，測量精度達到1. 0 μ m，大大提高了檢測效率和準確性。


圖1是測量模板掩膜版擺片分布的示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明作進一步詳細說明。一種利用光透射顏色比對的筋厚檢測方法，它 由測試模板、顯微鏡、計算機以及圖像采集和測量軟件組成組成。測量模板的制作步驟為(1)掩膜版的選擇和KOH刻蝕工藝參數(shù)確定。參見圖1，掩膜版的10個擺片的分布依次為A-J。KOH刻蝕工藝的刻蝕速率為 (1. 0 + 0. 1) μ m/min。 (2)間隔1. 0 μ m的預刻蝕臺階刻蝕加工先從硅片的一面，依次打開B-G圖形的預刻蝕窗口，使各圖形之間的刻蝕深度差 為 1. 0 μ m。預刻蝕具體過程為:先將8、(、03、卩、6、!1、1圖形分別打開，依次刻蝕1. 0 μ m，最 后將J圖形打開，刻蝕6. 0 μ m。預刻蝕過程中，通過臺階儀監(jiān)控B圖形的刻蝕深度來控制其 他所有圖形的刻蝕深度和刻蝕均勻性，B圖形的測量結(jié)果參見表1。兩次差值為后一次與前 一次刻蝕之間的厚度差，主要用于衡量刻蝕速率。由于臺階儀測量結(jié)果為埃(A),為了便于 記錄約等值為微米量級的值。(3) 7. 0-14. Oum筋厚測量模板擺片的成型刻蝕在1. 0 μ m間隔預刻蝕臺階制作好后，從預刻蝕的另一面進行KOH成型刻蝕。成型 刻蝕的具體過程為當B正好刻通時，B的筋厚正好為B圖形的預刻蝕深度14. 0 μ m，然后將 B取下；再對C進行1. 0 μ m的刻蝕，使C圖形正好刻通，C的筋厚正好為C圖形的預刻蝕深 度13. 1 μ m ；然后將C取下，依次將D、E、F、G、H、I、J正好刻通時取下，這樣每個圖形的筋厚 都正好等于該圖形的預刻蝕深度，參見表2。顯微鏡參數(shù)設(shè)置調(diào)整操作步驟為(1)顯微鏡硬件設(shè)置將觀察方式設(shè)置為明視場觀察，載物臺選用透明玻璃板載物臺，光源采用透射光源，光強調(diào)至12 (最強)，放大倍數(shù)設(shè)為500倍，使用自動聚焦系統(tǒng)進行自動聚焦。(2)圖像采集和測量軟件的設(shè)置顯微鏡圖像采集軟件參數(shù)設(shè)置曝光時間設(shè)為350ms ；采集圖像紅、藍、綠參數(shù)設(shè) 為R = 2. 33,G = 1. 69,B = 1. 00，飽和度=-212，補償=2. 56，測量軟件參數(shù)設(shè)置放大倍 數(shù)設(shè)置為500倍，與實際圖像采集時顯微鏡的放大倍數(shù)一致，選擇平均亮度功能計算平均 亮度值R、G、B。表1臺階儀測量B圖形預刻蝕深度結(jié)果
權(quán)利要求
一種利用光透射顏色比對的筋厚檢測方法，其特征是，(1)制作測量模板采用10片擺片的掩膜板，氫氧化鉀刻蝕溶液，刻蝕速率控制為1.0±0.1μm/min，將10個圖形A G刻蝕成為筋厚范圍為7.0 14.0μm，公差≤0.1μm、厚度間隔為1.0μm的一組單晶硅撓性元件硅擺片，作為顏色 筋厚比對的測量模板；(2)調(diào)整設(shè)置顯微鏡參數(shù)選取玻璃載物臺，在500倍的放大倍數(shù)下，將顯微鏡的透射光源的光強調(diào)至12，打開自動聚焦控制系統(tǒng)進行自動聚焦，觀察整個筋區(qū)表面；(3)測量記錄模板的顏色和平均亮度值打開圖像采集軟件，設(shè)置曝光時間為350ms，采集圖像紅、藍、綠參數(shù)設(shè)為R＝2.33、G＝1.69、B＝1.00，飽和度＝ 212，補償＝2.56，凍結(jié)捕捉擺片筋的圖像并保存。打開測量軟件，調(diào)入剛凍結(jié)保存的筋的圖像，將測量軟件的放大倍數(shù)設(shè)置為500倍，與采集圖像時顯微鏡的放大倍數(shù)一致，打開平均亮度計算功能，計算筋圖像的R、G、B值并記錄，依次將作為模板的這一組擺片的撓性筋按照上述方法進行測量，得到筋厚范圍為7.0 14.0μm的一組圖像，將該組圖像與筋厚對應形成測量模板；(4)測量被測撓性筋的顏色和平均亮度值，比對模板得出筋厚按照(3)的方法選取被測元件，測量記錄撓性筋圖像的顏色和平均亮度值，與測量模板比對就可以得出筋厚。
全文摘要
本發(fā)明為一種利用光透射單晶硅撓性支承(又稱為撓性筋)，比對顏色測量筋厚的方法，屬于測試技術(shù)領(lǐng)域。它由測量模板、顯微鏡、計算機和圖像采集、測量軟件組成。本發(fā)明用于檢測單晶硅材料制作，厚度范圍為7.0-14.0μm的撓性筋筋厚，通過顯微鏡的透射光源，在500倍下自動聚焦，經(jīng)計算機圖像采集和測量軟件處理，比對筋的顏色與測量模板實現(xiàn)筋厚準確測量。該方法實施簡單方便，能進行非破壞、直接測量筋厚，測試精度達到1.0μm，與原先的破壞性間接測量測試窗口推算筋厚的方法相比，大大提高了測量效率和準確性，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。
文檔編號G01B11/06GK101936713SQ20101025977
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者介龍霞, 紀引虎 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所