[發明專利]一種基于白光掃描干涉的三維形貌解調方法

有效

• 申請號: 202010089262.5
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111339844B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 桑梅;杜翔宇;王雙;董潔;禹敏慧;劉鐵根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01B11/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于白光掃描干涉的三維形貌解調方法，步驟1、對原始干涉信號進行濾波提取，消除信號中的非線性成分；其中濾波提取采的impCEEMDAN濾波算法；步驟2、對原始干涉信號進行相位峰探測得到相位峰的干涉階數m_p；步驟3、對濾波后的信號進行相干峰探測，得到相干峰探測的測量結果，再通過反演得到相干峰的干涉階數；步驟4、利用間隙分析算法對相干峰和相位峰的干涉階數進行差值處理，得到微觀器件的三維形貌。與現有技術相比，本發明能夠盡可能地減小“蝙蝠翼”效應以及消除“鬼步”現象，從而提高白光掃描干涉法的精度。

技術領域

本發明涉及微觀器件的表面形貌測量技術領域，特別涉及一種基于impCEEMDAN濾波提取和間隙分析的白光掃描干涉三維形貌解調方法。

背景技術

掃描白光干涉法是一種用于測量微觀器件三維表面輪廓的高精度的非接觸式光學方法。相干峰檢測和相位峰檢測是掃描白光干涉法中的兩種常用方法。相干峰檢測法主要包括質心法、希爾伯特變換法和小波變換法等。相干峰檢測法被廣泛用于高速測量，但值得注意的是當臺階高度小于相干長度時，使用該方法會導致在臺階邊緣處引起“蝙蝠翼”效應，使得邊緣測量結果不準確。而且”蝙蝠翼”效應還與干涉物鏡的數值孔徑有關，其將隨著干涉物鏡數值孔徑的增加而增加。相位峰值檢測法主要為頻域分析和相移法兩個分支，雖然其準確性高于相干峰值檢測法，但是在所測得的三維形貌中可能會出現“鬼步”現象?！肮聿健睂嶋H上不存在于被測表面中，是由與相位跳變引起的，并且會在測量結果中引起半波長整數倍的跳躍。

目前，為了盡可能減小“蝙蝠翼”效應和消除“鬼步”現象，P.de Groot等人提出使用3×3像素濾波器和三維表面擬合的方法。該方法雖然能一定程度上克服上述問題，但是它需要根據不同的測試樣本選擇不同的三維表面擬合功能。表面幾何的先驗知識以及過濾器模板大小的選擇都會影響測量結果的準確性。

無需事先了解被測物表面幾何的先驗知識，能夠得到高精度解調結果是本發明亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于通過對干涉信號進行impCEEMDAN濾波處理，利用間隙分析算法消除相干峰和相位峰干涉階數的不一致性，從而得到微觀器件的三維形貌。提供了一種新的掃描白光干涉解調算法。

本發明的一種基于白光掃描干涉的三維形貌解調方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、對原始干涉信號進行濾波提取，消除信號中的非線性成分；其中濾波提取采用的impCEEMDAN濾波算法具體步驟如下：

1-1、計算一級余數，公式如下：

其中，w⁽ⁱ⁾(i＝1,...,N)為經過i次的零平均單位方差白噪聲，N為零平均總次數，I⁽ⁱ⁾為原始干涉信號的強度I經過i次零平均噪聲相加后的結果，β₀為第1級白噪聲幅度，E₁(·)為由經驗模態分解得到的第1級信號，M(·)為對干涉信號的局部均值的運算符，·為求均值的運算符；再通過1級余數r₁，得到第1層模式分離信號

1-2、通過遞推表達式得到第k層模式分離信號，公式如下：

其中，β_k-1為第k層模式分解添加的白噪聲幅度，r_k為第k層模式分解余數，E_k(·)為由經驗模態分解得到的第k級信號；

1-3、對k層模式分離信號進行篩選和提取，篩選函數計算公式如下：

其中，F₁為局部偏差函數，F₂為整體偏差函數，j為采樣點索引，n為采樣點數；