[發明專利]一種快速判斷并消除蝙蝠翼效應的微結構光學檢測方法

有效

• 申請號: 202010386720.1
• 申請日: 2020-05-09
• 公開（公告）號: CN111521130B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 高志山;施帥飛
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/02;G01B9/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種快速判斷并消除蝙蝠翼效應的微結構光學檢測方法，通過理論建模分析干涉顯微物鏡的數值孔徑NA、待測微結構線寬和臺階高度之間的關系，即橫向分辨率與縱向分辨率之間的關系，并結合實際情況進行理論推導獲得三者之間存在的耦合關系，能夠在知曉待測微結構理論三維信息的基礎上快速判斷其在光學檢測中是否會出現蝙蝠翼效應，并對出現的蝙蝠翼效應用一種簡單的校正算法進行消除，從而獲得準確的三維形貌信息。本發明可通過Mirau型顯微干涉儀進行實驗驗證，使用PSI和VSI兩種測量模式進行形貌信息復原。

技術領域

本發明屬于光學檢測領域，具體涉及一種快速判斷并消除蝙蝠翼效應的微結構光學檢測方法。

背景技術

隨著信息時代的不斷發展和社會生產技術的不斷提高，各種微結構已經在信息、生物醫療、工業和航空等領域得到廣泛應用。白光干涉顯微法是利用寬光譜的低相干性來實現對微結構三維形貌的高精度檢測，已經獲得了國內外廣泛關注。白光干涉顯微法是非接觸檢測微結構的主流方法，其原理是應用具有不同橫向分辨率的系列NA物鏡組合，保證橫向分辨線寬變化的微結構，應用隨縱向位置變化的多幅白光干涉圖信息和專用算法，保證具有納米尺度的縱向分辨率。

但是，通過實驗研究發現，在微結構的三維形貌檢測中，檢測系統的物鏡數值孔徑NA、待測微結構線寬和臺階高度之間存在某種耦合關系，在某些參數耦合狀態下，出現了蝙蝠翼效應，即檢測結果中臺階邊緣處出現毛刺且形狀類似蝙蝠翼，復原的微結構形貌失真，影響了微結構橫向與縱向尺度的正確分辨。

Peter Lehmann團隊提出了兩種不同的信號建模理論來研究蝙蝠翼效應的產生原因，兩種模型中都考慮了衍射。第一種模型是Kirchhoff模型，使用基爾霍夫標量理論模擬矩形光柵和參考反射鏡的散射，物體射線和參考射線疊加在一起，并且在物鏡的光瞳面上發生由相干振幅傳遞函數定義的橫向低通濾波。第二種模型是Richards-Wolf模型，利用了非平面系統焦點附近電磁場的極化矢量計算，通過將物體的電磁場和參考光線數值增加來確定干涉信號。兩種模型都整合了幾個入射角和照明波長上的干涉強度，以考慮有限的空間和時間相干性。他們引入一種基于理論方法的數值模型，該方法通過將原始強度數據與理想非相干點擴散函數(PSF)進行卷積來考慮衍射，設計實驗進行驗證，將實驗結果與使用模擬程序獲得的模擬結果進行比較，發現實驗與仿真結果一致，并發現當光柵結構的峰-谷值接近四分之一波長或者四分之三波長時，出現嚴重的蝙蝠翼效應；當峰-谷值接近二分之一波長時，蝙蝠翼效應完全消失，且在相同條件下，數值孔徑越大，蝙蝠翼效應越明顯。(Optics Express,2016,24(13):14283.)。Peter Lehmann團隊采用的方法比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速判斷并消除蝙蝠翼效應的微結構光學檢測方法，對于需要檢測的微結構進行一個在光學檢測過程中是否會出現蝙蝠翼效應的快速判斷，并針對實驗結果中出現的蝙蝠翼效應進行去蝙蝠翼的算法處理，獲得準確的待測微結構三維形貌信息。

實現本發明目的的技術解決方案：一種快速判斷并消除蝙蝠翼效應的微結構光學檢測方法，方法如下：

根據已知待測微結構的三維信息，分析不同干涉顯微物鏡的數值孔徑NA與待測微結構線寬和臺階高度之間的關系，判斷上述關系是否同時滿足以下兩點：

1)探測盲區在極限分辨率內；

2)探測盲區在接收CCD上所占像素點不影響成像；

若不能同時滿足，則判斷在實際光學檢測中會出現蝙蝠翼效應；

若同時滿足，則判斷在實際光學檢測中不會出現蝙蝠翼效應。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)本發明將微結構的橫向分辨率與縱向分辨率相結合進行理論和實驗的研究，彌補了現有研究中僅考慮一方面的不足。