白光干涉术的测量系统与处理算法的研究

发布时间：2017-09-14 07:27

  本文关键词：白光干涉术的测量系统与处理算法的研究

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【摘要】：超精密加工与半导体产业的快速发展对微纳米测量技术也提出了更高的要求。传统的接触式测头测量效率较低,对越来越复杂的表面形貌结构难以探测且容易划伤表面。本文以白光干涉术为基本原理,设计完成一整套白光干涉测量仪并对系统进行了性能测试及溯源性分析。具体工作总结如下:1.设计并搭建了白光干涉系统,其中包括机械支撑结构、光学干涉模块、图像采集模块、运动驱动等。编写了实验测试上位机软件,完善了人机交互软件。2.对白光干涉术的算法进行了研究。本文研究了时域算法,包括插值法、重心法;频域算法,包括傅立叶算法、空间频域法以及白光相移算法。并对各种算法给出了详细的理论推导,得出每种算法的优缺点和适用特点。3.对测量系统的测量性能及精确度进行了评估,实验说明该系统具有较好的测量重复性和稳定性。与纳米测量机进行了比对实验,针对比对实验进行了评估,并通过纳米标准物质,纳米标准台阶样板,完成了对该系统测量的溯源性分析。4.针对大尺寸高台阶的样品,提出了变速扫描的方案。该方法能够大大缩短扫描时间,提升扫描效率,同时减少长时间扫描过程中人为或环境因素带来的影响。该扫描方式包括两种,预定义模式和自动对焦模式,预定义模式在扫描前需设定扫描的步距和上、下表面的扫描范围;自动对焦模式,根据自对焦函数自动搜索台阶上、下表面的位置。仅提取有用的上、下表面干涉信息,中间离焦部分快速通过,大大增加了实验的效率和精度。
【关键词】：白光干涉术 微纳米测量系统 纳米标准样板 算法
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-24
• 1.1 课题研究的背景和意义13-14
• 1.2 超精密器件测量方法14-22
• 1.2.1 机械触针法14-15
• 1.2.2 扫描隧道显微法15-17
• 1.2.3 原子力显微法17-19
• 1.2.4 激光聚焦法19-21
• 1.2.5 显微干涉法21-22
• 1.3 课题主要研究的内容22-24
• 2 白光干涉信号处理算法24-42
• 2.1 白光干涉信号光路24-26
• 2.2 白光干涉信号处理算法26-41
• 2.2.1 白光干涉信号的数学模型27-29
• 2.2.2 插值法29
• 2.2.3 重心法29-30
• 2.2.4 傅立叶变换法30-32
• 2.2.5 空间频域法32-36
• 2.2.6 白光相移干涉法36-40
• 2.2.7 各种算法比较40-41
• 2.3 本章小结41-42
• 3 白光干涉测量系统42-54
• 3.1 系统的硬件部分42-47
• 3.1.1 机械支撑及运动部分42-44
• 3.1.2 照明光源部分44-45
• 3.1.3 光学干涉部分45-46
• 3.1.4 图样采集部分46-47
• 3.2 系统的软件部分47-49
• 3.3 系统测试49-53
• 3.3.1 白光光源中心波长的标定49
• 3.3.2 PZT步距的标定49-50
• 3.3.3 系统的横向测量范围50
• 3.3.4 系统的纵向测量范围50-52
• 3.3.5 系统的横向分辨率52
• 3.3.6 系统的垂直分辨率52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 实验数据的处理和分析54-70
• 4.1 标准样板的测量54-60
• 4.1.1 重复性及稳定性实验54-55
• 4.1.2 不确定度分析55-57
• 4.1.3 比对实验57-60
• 4.2 实验测量结果60-66
• 4.2.1 图像预处理60-63
• 4.2.2 利用白光干涉系统测量不同形貌尺寸的样品63-66
• 4.3 大尺寸测量方法66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 5 总结与展望70-72
• 5.1 工作总结70-71
• 5.2 本文创新点71
• 5.3 工作展望71-72
• 参考文献72-76
• 作者简历76

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本文编号：848689