[发明专利]一种基于扫描电子显微镜的芯片热变形测量方法

摘要

本发明公开基于扫描电子显微镜的芯片热变形测量方法，属于材料性能检测技术领域，本发明利用扫描电子显微镜的高景深和高分辨率特性，通过与原位加热装置的集成，充分考虑了热影响及系统畸变带来的测量误差并对其进行校正；利用畸变校正后的散斑图像，通过数字图像相关算法计算求得芯片由于受热而产生变形的面内变形场。在上述基础上，本发明实现了微纳尺度的芯片全场热变形测量并在实际工程中进行了应用。

主权项

1.一种基于扫描电子显微镜的芯片热变形测量方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：在待测芯片样品表面制备散斑图，S2：将带有温控功能的加热台置于扫描电子显微镜的工作腔中，将制备好的芯片样品固定于加热台上，将热电偶与芯片样品连接，以能测量芯片样品的温度，还能将热电偶测量的温度数据传输到工作腔外的计算机上，利用陶瓷薄片对加热台裸露位置进行遮盖以进行隔热，S3:开启扫描电子显微镜低真空模式，调节扫描电子显微镜放大倍率、工作距离，拍摄获得常温下试样表面图像，保持样品及系统参数不变，在相等的时间间距内连续拍摄N张芯片样品图像，用于扫描电子显微镜的漂移畸变D_d(t)的建模，通过扫描电子显微镜的样品台对芯片样品进行平移，在平移前后分别拍摄多张图像用于扫描电子显微镜空间畸变D_f建模，S4:开启加热台的加热功能，对扫描电子显微镜工作腔内的芯片样品进行加热，同时通过热电偶测量样品的温度并进行实时显示与记录，根据温度显示，预设相等的温度间隔并拍摄不同温度下的芯片样品图像序列，对应记录下拍摄每张图像的时间、温度及图像序号，利用步骤S3中建立的漂移畸变D_d(t)和空间畸变D_f对所有图像进行校正，S5:以步骤S4中图像序列的第一幅图像作为参考图像，利用数字图像相关算法对步骤S4中的多幅畸变校正后的图像进行相关性计算，计算出芯片由于受热而产生的面内变形，具体的，步骤S3中，利用在相等的时间间距内连续拍摄N张图像对漂移畸变D_d(t)建模具体过程如下：将连续采集图像的第一张图像作为参考图像，拍摄的图像总数量为N,利用数字图像相关、尺度不变算子特征点提取算法对后续(N‑1)张图像与参考图像进行特征匹配，获得匹配集合Φ＝{Φ_i,i＝2,...,N}，获得图像X方向和Y方向位移向量集合U＝{U_i,i＝2,...N}，V＝{V_i,i＝2,...N}以及对应的图像拍摄时刻集合T＝{T_i,i＝1,...,N}，T₁表示参考图像拍摄时间，在图像X方向和Y方向对应的漂移畸变速度场v_x,v_y通过如下公式获得：其中，num(Φ)表示特征匹配集合的点数量，通过上式获得漂移畸变速度场v_x,v_y，对某一个时刻t的漂移畸变建模如下：D_d(t)＝[d_x(t),d_y(t)]；d_x(t)＝v_xt；d_y(t)＝v_yt；其中，d_x(t)和d_y(t)表示在时刻t整个图像在X方向和Y方向的漂移量。