基于像差补偿的近红外显微干涉硅通孔测量

为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量,提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源,能够穿透硅通孔,检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块,主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔三维形貌时,依据COMSOL Multiphysics有限元仿真软件得到的三维硅通孔高深宽比结构对探测光的调制像差规律,指导设置需变形镜补偿的像差种类和量值,用基于频域的评价函数指标阈值,判定硅通孔底部图像的聚焦状态,获得待测硅通孔清晰的底部图像,本质上提升探测光的重聚焦能力。在此基础上,使用垂直扫描干涉法得到待测硅通孔的深度与其三维形貌分布。实验测量了直径为10μm、深度为65μm、深宽比为6.5∶1和直径为10μm、深度为103μm、深宽比为10.3∶1的硅通孔深孔,并与高精度SEM的测量结果对比,深度测量的相对误差为1%。与白光显微干涉测量结果对比表明,本文所提出的方法可以获得清晰的高深宽比硅通孔的底部图像,有效增强底部的宽谱干涉信号和对比度,能够准确测量更高深宽比硅通孔的三维形貌。

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术

功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能,一般包含具有规则的几何形状,基于深度和线宽的比值,可以将其区分为高/低深宽比微结构。目前对微结构的检测,多用有损检测中的扫描电镜(SEM)剖面成像技术,而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展,其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测,近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例,结果表明:白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器,前者检测高深宽比小于等于4,后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌,数据结果是可信的。显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据,将有效优化微结构的制造工艺,进一步提升有关器件的性能。

测量微悬臂梁曲率的相移显微干涉法

提出了一种基于显微干涉和有限差分法在微悬臂梁上实现曲率精确测量的方法。该方法将使用相移显微干涉法测得的微悬臂梁表面弯曲信息与用有限差分法解析的弯曲量进行对比,再运用拟牛顿算法或最小二乘法得到曲率的最佳匹配值。实验结果表明:使用该方法可获得弯曲量测量值和解析值之间的均方根差值在1.5 nm以内的精确曲率值,并且一定的像素偏移带来的误差对曲率测量的结果影响很小。由于方法保留了光学干涉法高分辨率及高精度等优点,并考虑了非理想边界条件的影响,在MEMS残余应力和应力梯度测量中具有较大实用价值。

利用Mirau显微干涉仪测量微器件的纳米级运动

描述了一种用于微机电系统(MEMS)纳米级微运动测量的Mirau显微干涉系统.该系统利用商业化的Mirau显微干涉仪,它直接安装在光学显微镜上,用于测量一个表面微加工水平谐振器的三维运动.面内运动取决于亮场在最佳焦平面处的图像,而离面运动则取决于频闪得到的干涉图像,该图像在物镜纳米定位器的8个不同位置处得到.实验结果表明了系统进行面内和离面运动测量的纳米级分辨力.

MEMS显微干涉测量系统中相移器性能的研究

显微干涉测量方法是一种被广泛使用的高精度表面测量方法,其中相移器的性能直接影响到系统测量的精度.对MEMS测量系统中使用的压电陶瓷相移器的主要误差源,包括迟滞、非线性和蠕变等进行了分析,并对开环条件下的相移器运动进行了标定.实验分别在开环和闭环条件下测量了经过NIST认证的标准44nm台阶,说明了两种条件下的测量精度,10次测量的平均值分别为41.34nm和43.24nm,标准偏差分别为2.08nm和0.41nm.

显微干涉技术在MEMS动态测试系统中的应用

系统采用了显微干涉技术 ,利用Mirau显微干涉仪配合频闪照明系统实现了对MEMS器件动态特性的测量 ,测量过程采用了光学干涉的非接触方法 ,因此不会对器件产生损坏。系统采用了改进的相移算法 ,抑制了相移器误差以及探测器带来的非线性误差 ,提高了测量精度。利用本系统测量了微结构上多点处的振幅 。

一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪

研究开发了一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪。基于Linnik显微干涉结构,设计了干涉测量仪的显微干涉系统,介绍了干涉系统的工作原理;设计了Z向一维位移工作台,介绍了其结构和驱动原理;分析了测量仪的工作原理,并采用标准样板对测量仪的测量精度进行了验证。

利用Linnik显微干涉技术测量微结构动态特性

为了实现微结构的离面运动、幅频特性和谐振频率等动态参数的测量,设计开发了微结构动态测试系统,采用Linnik显微干涉结构,具有放大倍率高和工作距离长的特点。首先,系统利用频闪成像技术、五步相移方法和分割线去包裹算法测量微结构离面运动,然后,再通过扫频技术得到微结构的幅频特性和谐振频率。利用该测试系统对硅微悬臂梁的离面振动和幅频特性进行了测试,实验结果表明:硅微悬臂梁的谐振频率为13.03kHz,离面振动测量重复性误差小于10nm。系统具有较好的测量可重复性和较高的测量精度,能满足微结构动态特性测量对测试系统的性能要求。

显微干涉法在MEMS结构三维形貌测试中的应用

鉴于三维形貌在微机电系统(MEMS)测试领域的重要地位及显微干涉法在光学计量领域的高精度性能,开展了显微干涉法在MEMS结构三维形貌测试中的应用研究.基于小波变换极高的去噪性能及处理无载波条纹的优点,包裹相位采用连续小波变换的方法提取.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,开展了通过检测展开相位拐点并对展开相位进行校正的方法恢复非单调条纹图的真实相位的研究.采用上述方法,成功测试了微梁的静、动态三维形貌及手机芯片的翘曲变形.该项研究为MEMS结构的三维形貌测试提供了高精度且简单快速的测量手段.

显微干涉网格法测量曲面物体表面应变

提出采用显微干涉光路，使被测曲面上光栅的±１ 级衍射光相互干涉，用显微ＣＣＤ图象采集系统采集干涉后形成的倍增光栅，利用微网格法原理和信息转换技术提取每一幅图的几何特征，确定被测物体表面的应变．

显微干涉图象的计算机检测与处理方法

介绍一种基于静态干涉术的微表面显微干涉计算机自动检测系统,给出用数字图象处理技术对干涉条纹进行处理的原理步骤,并推导了用最小二乘法拟合提取显微干涉条纹特征信息的算法以及由此获取微表面几何参数和粗糙等参数的方法。

基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法

为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面,提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法,实现了对离焦量的实时检测与调整。在直写系统中引入检焦光路,与直写光路共享同一物镜,构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统,提取包含离焦量的波面相位信息;再从大数值孔径(NA)的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向。仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性,NA≥0.5时,离焦探测灵敏度可达4 nm,通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性,检焦精度可达10 nm以内,满足激光直写高精度的测量要求。

基于同步移相显微干涉的血红细胞形貌测量方法

血红细胞的形貌特征是医学领域对多种疾病进行预防和诊断的一项重要指标,提出一种同步移相显微干涉法实现对血红细胞形貌的动态测量。搭建了透射式显微干涉成像系统,测量了100μm内径模拟微血管内、名义直径为7μm^8μm、高度最大值为2μm的新西兰兔血红细胞,针对血红细胞所处的微血管环境提出了基于微血管相位相减的血红细胞形貌提取方法和成像放大率校正方法,实验得到模拟微血管内的血红细胞平均直径7.757μm和平均最高高度2.022μm,验证了本方法具有在体定量测量血红细胞形貌的潜力。

光纤连接器端面的显微干涉测试系统

介绍了一种基于显微干涉的光纤连接器端面的测试系统,干涉仪由Mirau干涉物镜和镜筒透镜组成,CCD相机采集干涉图样,经处理后得到相位分布图.采用Carre相位提取算法,无需进行特定步长的相移.对光纤连接器端面的表面形貌、曲率半径、顶点偏移进行测量,测量系统的横向分辨率可达到0.9μm,重复性测量精度为9.5 nm.

激光双光路显微干涉仪

本文介绍了一种激光显微干涉仪器，它的基本原理和结构是：借助沙敏干涉仅的结构，可得到等光程的双光路测量系统；采用He-Ne激光（TEM00模）做光源，为了能观察到微小光学材料或介质材料的光学性能，在等光程的一个光路中置入样品，则视场中将出现样品引起的干涉图案，此外，又设置了显微系统进行观察，必要时还可对图象摄影记录。

磁粉检测灵敏度槽深的显微干涉检测方法研究

磁粉检测标准灵敏度微米槽深的校准检测是长度计量检测的一项难点。目前,开展磁粉检测标准灵敏度微米槽深溯源的计量部门不多,已开展的仍使用接触式位移传感方式来磁粉检测标准灵敏度片离散的槽深度值,检测难度较大。本文介绍了一种用非接触的显微干涉测头代替接触式传感测头,利用GUIDE开发控制人机界面,建立硬件通信机制,实现智能化光干涉检测标准灵敏度微米槽深检测的方法。

微表面形貌大视场检测相移显微干涉仪研制

基于相移干涉术,研制了立式大视场Mirau相移显微干涉仪,它包括干涉成像和照明系统、竖直方向上的压电陶瓷传感器(PZT)微位移系统、被测面的两维扫描系统、图像采集和处理系统,是无限筒长显微镜结构和Mirau干涉结构的叠加。大视场表面形貌通过多孔径扫描拼接实现。单片机串口控制电路控制电控平移台的精确位移,实现了被测面的两维扫描,最小的横向位移为0.039μm,扩展后的视场达到12.5mm×12.5mm。测量了光纤连接器端面的表面形貌,重复测量精度小于2nm。

显微剪切干涉表面粗糙度轮廓测量

结合剪切干涉技术与显微干涉技术 ,提出了显微剪切干涉非接触表面粗糙度轮廓测量方法 .由于自参考干涉和共路偏振相移干涉特点 ,建议的干涉仪具有极好的抗环境干扰和振动的能力 ,同时能取得一般显微干涉仪的表面粗糙度测量精度 ,适合制造环境下表面粗糙度精密测量 .介绍了发展的显微剪切干涉仪的原理 ,以及相应于粗糙度轮廓的波前重建算法 .

显微剪切干涉表面粗糙度轮廓测量

介绍一种显微剪切干涉仪 ,其基于剪切干涉是自干涉 ,因而具有相当的抗环境干扰和抗振动的特性 ,结合剪切干涉技术与显微干涉技术 ,实现制造环境下表面粗糙度精密测量。本文介绍了该显微剪切干涉仪的原理 ,给出了实验结果。