微纳特征结构及表面形貌表征方法的研究

发布时间：2017-10-01 23:36

  本文关键词：微纳特征结构及表面形貌表征方法的研究

  更多相关文章： 纳米测量机 白光干涉术 原子力显微镜 表面形貌 微纳米测量

【摘要】：微纳米技术与超精密加工技术的快速发展,对微纳米几何量测量提出了更高的要求。微纳米标准样板作为一种实体标准,其高精度、溯源性测量是微纳米尺度几何量量值准确传递的重要保障,在微纳米几何量测量中具有重要作用。本文针对微纳米测量领域对特征结构及表面形貌的测量需求,对微纳米尺度的纵向(台阶高度)、横向(一维线间隔)特征结构及表面形貌表征方法进行了研究。论文的主要研究工作如下:1.设计开发了白光干涉测头,基于纳米测量机(NMM)、原子力显微镜及白光干涉测头,搭建了微纳米坐标测量系统;在深入研究白光显微干涉术测量原理与测量过程的基础上,对白光显微干涉术中的相干峰定位算法进行了理论分析和数学推导。2.研究了台阶高度的评价方法,针对原子力显微镜在测量大尺寸台阶中存在的不足以及CCD相机视场限制等问题,提出了用于大尺寸台阶的单边台阶评价方法。针对传统固定步长扫描法存在的信号利用率低、测量时间长等问题,提出了用于大尺寸台阶测量的白光变速扫描法。3.研究了一维线间隔的评价方法,提出在测量时通过多次迭代寻找正交扫描方向的方法。针对快速傅里叶变换法频率分辨率有限的问题,使用二分法对频谱进行局部细化,以获取更真实的线间隔值;针对重心法评价结果受采样间距、杂质污染、探针抖动等影响较大的情况,对轮廓数据进行插值,使用小波降噪和波纹滤波法去除噪声和轮廓的波纹度,提高了重心法的评价精度。4.研究了表面粗糙度的评价方法。提出二维、三维表面粗糙度的快速高斯滤波卷积算法,通过迭代方式缩短了计算时间。基于VC6.0和Matlab混合编程,开发了表面粗糙度的数据处理软件,实现了轮廓数据读取、调平,二维、三维表面粗糙度参数评定及评定结果报表、图形生成等功能。最后,对全文进行总结和展望。
【关键词】：纳米测量机 白光干涉术 原子力显微镜 表面形貌 微纳米测量
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302;TB383.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-24
• 1.1 课题研究的背景及意义15-16
• 1.2 微纳特征结构表征方法的研究现状16-18
• 1.3 表面形貌表征方法的研究现状18-19
• 1.4 微纳米测量方法19-22
• 1.4.1 机械触针测量法19
• 1.4.2 激光聚焦式测量法19-20
• 1.4.3 扫描电子显微术20-21
• 1.4.4 光学显微干涉术21-22
• 1.5 本文主要研究内容22-24
• 2 微纳米坐标测量系统的构建24-46
• 2.1 高精度定位与测量平台24-25
• 2.2 原子力显微测量系统25-29
• 2.2.1 原子力显微测量原理25-27
• 2.2.2 基于NMM的原子力显微测量系统27-28
• 2.2.3 AFM测头的校准28-29
• 2.3 白光干涉测量系统29-45
• 2.3.1 白光干涉信号数学模型29-30
• 2.3.2 白光干涉测量原理30-31
• 2.3.3 相干峰定位算法31-38
• 2.3.4 白光干涉测量系统38-43
• 2.3.5 干涉系统的测量分辨率43-44
• 2.3.6 基于NMM的白光干涉测量系统44-45
• 2.4 本章小结45-46
• 3 微纳米台阶结构表征方法46-56
• 3.1 台阶结构的表征46-48
• 3.2 台阶高度的评价方法48-50
• 3.2.1 直方图法48-49
• 3.2.2 台阶结构的标准评价法49-50
• 3.3 纳米级台阶评价结果分析50-52
• 3.4 大尺寸台阶结构的测量52-55
• 3.4.1 变速扫描原理52-53
• 3.4.2 单边台阶评价法53-54
• 3.4.3 微米级台阶评价结果54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 4 一维线间隔特征结构表征方法56-74
• 4.1 正交扫描方向56-59
• 4.2 局部频谱细化的傅里叶变换法59-63
• 4.2.1 算法的基本原理59-61
• 4.2.2 一维线间隔样板数据实测分析61-63
• 4.3 重心法的优化63-73
• 4.3.1 重心法基本原理63-66
• 4.3.2 数据的预处理66-68
• 4.3.3 小波降噪68-69
• 4.3.4 波纹滤波69
• 4.3.5 一维线间隔数据实测分析69-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 表面形貌表征方法的研究74-87
• 5.1 表面特征的形成与划分74-75
• 5.2 主要的表面粗糙度评定基准75-80
• 5.2.1 最小二乘中线75
• 5.2.2 2RC滤波中线75-76
• 5.2.3 高斯滤波中线76-80
• 5.3 表面粗糙度参数表征80-83
• 5.3.1 二维表面粗糙度参数80-82
• 5.3.2 三维表面粗糙度参数82-83
• 5.4 数据处理软件83
• 5.5 实验结果与分析83-86
• 5.6 本章小结86-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 本文创新点88
• 6.3 工作展望88-89
• 参考文献89-92
• 作者简介92-93

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本文编号：956360