基于空間平移變換的數(shù)字差動共焦三維顯微測量技術研究.pdf

1、差動共焦顯微測量技術是一種應用于微納米尺度三維微結構樣品的光學顯微測量技術。因其具有軸向分辨力高、線性測量范圍大和無損快速測量等優(yōu)點，被廣泛應用于微電子器件、微光機電系統(tǒng)和大口徑微結構器件等領域的測量。但是該技術目前仍然存在以下三個問題：雙點探測器嚴格對稱裝配難度大、軸向與橫向最佳分辨力獲取位置不一致和固定不變的差動平移量無法匹配不同物鏡切換需求。上述問題成為了該技術進一步提高可靠性、準確性和通用性的瓶頸。
　　針對以上問題，本課

2、題“基于空間平移變換的數(shù)字差動共焦三維顯微測量技術研究”提出了數(shù)字差動共焦三維顯微測量方法，該方法將單一探測器收集的三維數(shù)字離散化光強矩陣，進行軸向空間平移變換，構造兩組含有差動平移量調(diào)制信息的數(shù)字差動共焦光強矩陣，進而獲得了與傳統(tǒng)差動共焦系統(tǒng)雙探測器物理離焦等價的探測效應；同時得到了自動控制的數(shù)字差動平移量，其與傳統(tǒng)物理差動平移量具有等價替換效應，并提出了匹配不同物鏡切換的最佳數(shù)字差動平移量計算模型，從而能夠有效克服傳統(tǒng)差動共焦的上述

3、缺點。
　　本課題主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，針對傳統(tǒng)差動共焦成像原理需要使用雙點探測器實現(xiàn)，但其難以嚴格對稱安裝的問題，開展了使用單探測器完成探測的數(shù)字差動共焦成像機理研究。通過單一點探測器獲取三維數(shù)字離散化光強矩陣，繼而根據(jù)空間平移變換理論對測量矩陣進行數(shù)字差動平移，實現(xiàn)了等價于傳統(tǒng)差動共焦雙點探測器獲取探測數(shù)據(jù)的探測效應，從而為易裝配、高可靠性的新型三維微結構測量技術的發(fā)展提供新的技術途徑。
　　其次，針對傳統(tǒng)

4、差動共焦技術中軸向與橫向最佳分辨力獲取位置不一致以及固定不變的差動平移量無法匹配不同物鏡切換需求的兩個問題，開展了基于空間平移變換理論的數(shù)字差動共焦傳感特性研究。通過建立單一準焦點探測器代替雙離焦點探測器的測量模型，實現(xiàn)了兼顧軸向與橫向最佳分辨力獲取位置的測量傳感特性；通過建立最佳數(shù)字差動平移量評估計算模型，利用數(shù)字差動平移量與傳統(tǒng)物理差動平移量具有等價替換效應，實現(xiàn)了滿足不同數(shù)值孔徑物鏡所需差動平移量之間的數(shù)字化切換方法，研究結果表明

5、，對英國國家物理實驗室提供的ACG0.5型標準臺階樣品，分別使用NA=0.4、0.55和0.9三種不同數(shù)值孔徑物鏡進行測試，測量結果與標稱值相比偏差均小于6nm，不確定度均小于20nm（k=2）。
　　最后，開展了數(shù)字差動共焦關鍵技術與實驗分析研究，通過將數(shù)字差動共焦原理進行硬件集成，以及數(shù)字差動共焦測量數(shù)據(jù)處理方法進行軟件描述，完成了數(shù)字差動共焦測量技術的工程樣機；通過對數(shù)字差動共焦工程樣機測試過程及輸出結果的分析，給出了測試數(shù)