随着微机电系统(MEMS)的发展,光学测量技术在MEMS工艺中可以作为快速、非接触、高精度的在线无损检测手段,特别是在MEMS高深宽比微沟槽结构加工工艺检测方面具有显著的发展潜力。通常MEMS高深宽比微沟槽结构大约是宽度为1～10μm,深度值为10～300μm的微结构,深宽比在5:1到20:1之间。对于现有接触式测量仪器而言,存在着对待测样品的破坏性、测量速度慢、操作复杂等缺点,无法实现在线无损检测。因此,研究开发针对MEMS器件沟槽深度的快速无损测试方法具有迫切的需求和现实意义。本文围绕MEMS器件沟槽深度的快速无损测试技术这一主题,提出了一种基于光谱反射技术的MEMS器件高深宽比沟槽深度的检测方法,对沟槽反射光信号进行离散傅里叶变换处理得到深度值信号。同时,搭建了光谱反射测量验证系统并对该测量系统进行相关验证实验。本文的主要研究内容可归纳为以下几个方面:(1)对光谱反射测量技术的原理进行系统地分析,针对MEMS高深宽比沟槽深度在线无损检测的技术要求,提出了基于离散傅里叶变换算法的光谱反射强度信号处理测量方法。并确定了利用维纳滤波进行噪声处理的方案。(2)为了满足宽光谱光源测量的技术要求,同时满足100倍缩束比的实验器件要求,设计了复消色差缩束光学系统。(3)根据所确定光谱反射测量方案,建立了深宽比为10:1的待测沟槽样品的测量模型,对整个测量过程进行仿真分析;分别仿真了单沟槽与多沟槽的检测条件,并得到了较好的分辨率测量结果,分辨率为0.3μm;给出了沟槽粗糙度对实验结果的影响;分析了噪声对实验结果的影响并利用维纳滤波对噪声进行处理,进一步提高检测精度;通过仿真计算分析了梯形刻面对结果的影响。(4)基于仿真分析结果,搭建了测量实验平台系统。采用硅基MEMS沟槽样品,验证实验系统的测量效果。测量结果验证了光谱反射技术完全可以满足MEMS器件高深宽比沟槽样品深度的快速无损在线检测需求。