[發明專利]一種基于相位縱向拼接的寬光譜干涉形貌檢測方法

在審

• 申請號: 201710127224.2
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106643558A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 周毅;唐燕;陳楚儀;鄧欽元;謝仲業;田鵬;李凡星;胡松;趙立新
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學檢測領域，具體涉及一種基于相位縱向拼接的寬光譜干涉形貌檢測方法。

背景技術

微納結構是指特征尺寸在微米至納米量級的功能性結構，在超材料，微電子，航天航空，環境能源，生物技術等領域廣泛應用，對國民經濟及國防領域有著不可替代的價值，對推動信息時代技術、經濟和社會發展有著重要的意義。高精度的微納結構三維檢測技術貫穿微納器件加工全過程，是高精度器件加工的依據和保證，也是微納制造技術發展的基礎和前提。隨著微納器件應用范圍的不斷拓展，對微納結構進行高精度三維形貌檢測，已成為微納檢測技術的重要發展方向。

目前，測量手段主要分為非光學、光學兩類。在非光學檢測中，主要有臺階儀，原子力顯微鏡(AFM)，掃描電子顯微鏡(SEM)等手段，大多采用接觸式測量形式，精度高，但測量速度慢，范圍較小，設備昂貴。在光學檢測中，主要有共聚焦掃描顯微鏡，平面干涉儀，光學散斑法和白光干涉法等手段，大多采用非接觸式測量，具有測量速度快、精度高等優點，是微納結構在線檢測的主要手段。其中，寬光譜干涉技術，利用寬光譜低相干性，實現對微納器件三維形貌的高精度檢測，具有高分辨力、非接觸檢測等優勢，在微納結構檢測領域廣泛應用。

Sandoz，P and Devillers，R應用縱向掃描的數幀干涉圖，針對單個像素點獨立分析，通過相移算法恢復得到表面相位分布并得到形貌信息。Chen，S and Pakmer，AW等人提出一種基于重心法的信號處理方法來尋找白光干涉光強極值點，從而得到每個像素點的高度信息。

日本專利JP2014185961-A在2014年公布了一種基于白光顯微干涉的距離間隙測量，該專利通過掃描得到多幅干涉光強圖來測量相對距離大小。但是上述方法中，都存在由于光強不穩定，外界環境干擾等原因導致干涉圖的光強不穩定，步距精度不足等問題，從而導致三維形貌檢測誤差。

由于國內外目前在微納結構三維形貌檢測方法中，測量穩定性不足，受外界干擾嚴重。尋找一種系統簡單，精度高，穩定性強的微納結構三維形貌檢測手段，對于現在的微納結構器件有很關鍵的作用。要實現穩定性強，測量精度高的微納結構三維形貌檢測方法仍然是目前國內外需要繼續突破的難題。

發明內容

為了解決上述難題，本發明設計了所述的一種基于相位縱向拼接的寬光譜干涉形貌檢測方法，可以實現高精度測量的同時消除掃描步距誤差的影響，縱向分辨率可以達到納米至亞納米級。

本發明采用的技術方案為：一種基于相位縱向拼接的寬光譜干涉形貌檢測方法，測量過程中，通過白光光源入射到光學成像系統，透過Mirau干涉物鏡使光線分為兩束，一束反射到參考鏡面，另一束透射到被測物體表面，最后兩束光線發生干涉并通過CCD(Charge-coupled device)采集干涉圖。利用壓電陶瓷控制Mirau干涉物鏡縱向掃描移動，將CCD采集得到的一系列干涉圖進行保存，通過頻域和時域算法，將所采集到的干涉圖像進行計算得到調制度分布和包裹相位分布，根據調制度大小閾值來判斷相應像素點是否相位展開。再利用相鄰兩幅圖共同的有效區域來實現相位縱向拼接，最后通過一系列干涉圖拼接，得到整場被測形貌的絕對相位分布，從而完成表面形貌恢復。

其中，白光光源入射到光學成像系統，透過Mirau干涉物鏡使光線分為兩束，一束反射到參考鏡面，另一束透射到被測物體表面，當兩束光再次返回時則發生干涉，利用壓電陶瓷控制干涉物鏡縱向掃描移動，將CCD采集得到的一系列干涉圖進行保存。

其中，通過頻域和時域算法，將所采集到的干涉圖像進行計算得到調制度分布和包裹相位分布，通過設定一個調制度閾值，然后每個像素點調制度大小來判斷相應像素點是否進行相位展開。

其中，對調制度高于閾值的像素點完成相位展開，得到絕對相位數值，再利用相鄰兩幅圖共同的有效區域來實現相位縱向拼接，最后通過一系列干涉圖拼接，得到整場被測形貌的絕對相位分布。

其中，根據所得的整場絕對相位分布以及相位與高度之間的關系，最終恢復所測結構的表面形貌。

其中，利用寬光譜干涉系統，由于其相位解析的高精度特性，同時利用調制度閾值來提高解相位的可靠性，通過相位的縱向拼接，受掃描移動精度影響小，特別是針對高縱深微納結構檢測，具有測量速度快，實用性強等特點。測量精度可達納米至亞納米。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)、本發明通過寬光譜光源顯微干涉，利用相位的縱向拼接實現三維形貌高精度檢測，相比目前有的檢測方法，測量精度高，測量速度快，具有很強的實用性；