1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
2 光谷实验室，湖北 武汉 430074
衍射场作为叠层衍射成像技术（ptychography）的重要约束，其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围（ML-HDR）叠层衍射成像方法，即在探测器线性响应假设下，构建复合高斯噪声模型，根据极大似然估计求解最优权重函数，由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明：相比单次曝光，ML-HDR能将动态范围拓宽8位，重构分辨率提升至2.83倍；相比传统HDR，ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度，且无需额外标定硬件参数。
计算成像 叠层衍射成像术 高动态范围 相位恢复 极大似然估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811011
1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
光刻热点检测是实现集成电路可制造性设计，保障集成电路芯片最终良率的关键。鉴于传统基于深度学习的光刻热点检测方法难以满足先进集成电路制造对检测精度的要求，提出了一种基于改进Yolov5s的检测算法，用于光刻版图热点缺陷的精确检测。通过将坐标注意力机制引入骨干网络，提高了Yolov5s模型对版图图形区域的关注度，进而极大地改善了基于Yolov5s的检测算法的光刻热点检测性能。与此同时，采用Sigmoid线性单元激活函数进一步完善整个神经网络的非线性表达，利用Scylla交并比损失函数更快速地定量评估边界框回归损失，提高了热点检测算法的收敛速度和精度。将ICCAD（The International Conference on Computer-Aided Design）2012竞赛基准、经光学邻近校正优化后的光刻图形作为数据集对所提算法开展性能测试实验，验证了热点检测算法的优异检测精度。实验结果表明，该算法的平均准确率、平均召回率、平均F1-score和均值平均精度分别达到97.7%、98.0%、97.8%和98.4%，显著优于其他光刻热点检测算法，展示了良好的应用前景。
光刻热点检测 改进Yolov5s 检测精度 坐标注意力机制 Sigmoid线性单元激活函数 Scylla交并比损失函数 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2422001
激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0300000
1 国家自然科学基金委员会工程与材料科学学部，北京 100083
2 华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300392
4 太原科技大学机械工程学院，山西 太原 030024
机械测试理论与技术是获取机械物理信息的主要途径，是推动工业生产和制造技术进步的“倍增器”。随着我国从“资本密集型、劳动密集型”产业逐步向“知识密集型”产业升级，以集成电路、航空航天、高速轨道交通、新能源汽车为代表的战略性新兴产业与高技术制造业正成为未来十年我国制造业升级的重点领域。如何完整而精确地获取高性能装备运行过程中的服役状态以及如何实时而全面地获取产品制造过程中的形性参数，是保证制造装备与制造过程实现“高性能”、“高效率”的关键所在。开展了科学基金资助情况统计和文献分析，从精密测量、纳米测量与量子测量3个维度综合分析了本领域的代表性进展、研究热点与发展趋势，总结了面向高性能制造的机械测试重要理论、核心方法与关键技术进展，探讨了所面临的关键挑战，凝练了未来5~10年的重大科学问题。
机械测试理论与技术 先进制造 精密测量 纳米测量 量子测量 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312002
1 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074
3 光谷实验室，湖北 武汉 430074
随着亚10 nm集成电路芯片逐步进入消费电子、互联硬件、电子医疗设备等领域，由半导体制造设备所引入的晶圆缺陷对集成电路在良率与价格方面的影响将不断显现，由此带来的对典型缺陷进行高速识别、定位与分类等制造过程控制环节，将变得越来越具有挑战性。传统的晶圆缺陷检测方法包括明场、暗场及电子束成像方法，尽管能够覆盖绝大多数缺陷检测场景，但难以在检测精度、检测灵敏度和检测速度上取得较好的平衡。纳米光子学、计算成像、定量相位成像、光学涡旋、多电子束扫描、热场成像以及深度学习等新兴技术的出现，在提升缺陷灵敏度、分辨率以及对比度等方面已初步展现出一定的潜力，这为晶圆缺陷检测提供了新的可能性。因此，本综述将从缺陷的可检测性、缺陷检测系统与原理样机、先进图像后处理算法三个方面总结晶圆缺陷检测领域的最新进展，以期对初入该领域的研究人员和跨学科工作者提供一定助益。
测量 晶圆检测 集成电路 光学检测 光学成像 电子束成像 热场成像 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312003
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
Understanding the ultrafast carrier dynamics and the mechanism of two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) is key to their applications in the field of optoelectronic devices. In this work, a single pulse pump probe method is introduced to detect the layer-dependent ultrafast carrier dynamics of monolayer and few-layer excited by a femtosecond pulse. Results show that the ultrafast carrier dynamics of the layered films can be divided into three stages: the fast photoexcitation phase with the characteristic time of 2–4 ps, the fast decay phase with the characteristic time of 4–20 ps, and the slow decay phase lasting several hundred picoseconds. Moreover, the layer dependency of the characteristic time of each stage has been observed, and the corresponding mechanism of free carrier dynamics has been discussed. It has been observed as well that the monolayer exhibits a unique rising time of carriers after photoexcitation. The proposed method can be expected to be an effective approach for studying the dynamics of the photoexcited carriers in 2D TMDs. Our results provide a comprehensive understanding of the photoexcited carrier dynamics of layered , which is essential for its application in optoelectronics and photovoltaic devices.
photoexcited carrier pump probe 2D material single pulse measurement Chinese Optics Letters
2022, 20(10): 100002
华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
在线测量检测技术与装备是保证集成电路（IC）制造质量和良率的唯一有效技术手段，在IC制造过程中必须对IC纳米结构的关键尺寸、套刻误差，以及缺陷等进行快速、非破坏、精确测量与检测。本文首先从尺寸测量和缺陷检测两个方面介绍了IC制造在线光学测量检测技术的研究现状。在此基础上，进一步分析了先进技术节点中所面临的一些新的纳米测量挑战，如更小的特征尺寸、更复杂的三维结构。最后，展望了IC制造在线光学测量检测技术的未来发展趋势。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922025
1 武汉颐光科技有限公司, 武汉 430223
2 华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室, 武汉430074
3 华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了监控3维玻璃上聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合衬底介质膜膜厚, 采用将PET复合衬底等效为单层基底材料的建模分析方法, 通过椭偏测量技术实现了复杂衬底上TiO2梯度折射率材料薄膜厚度的检测。结果表明, 采用该方法测量的PET复合衬底上TiO2梯度折射率薄膜厚度为212.48nm, 扫描电子显微镜的测量结果为211nm, 结果非常准确。以TiO2为例验证了等效衬底方法, 该方法也同样适用于其它介质膜。等效衬底法可实现PET复合衬底上的TiO2薄膜厚度的高精度测量表征, 对镀膜工艺过程监控具有重要意义。
测量与计量 聚对苯二甲酸乙二醇酯 复合衬底 介质膜 光谱椭偏 膜厚 measurement and metrology polyethylene terephthalate composite substrate dielectric film spectroscopic ellipsometry film thickness
1 华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
2 武汉颐光科技有限公司,湖北 武汉 430075
提出并实现了一种紧凑型偏振光谱仪, 该仪器采用光谱仪阵列, 使测量光谱范围覆盖可见光波段; 采用部分平行光路设计, 简化了测量配置和系统校准方法; 运用入射面旋转效应, 实现了偏振态的空间并行调制, 减少了测量时间.对多组样品测量的结果证明了该紧凑型偏振光谱仪测量的准确性.由于测量速度快、结构简单且易于在线集成, 该紧凑型偏振光谱仪作为一种实时在线测量工具极具潜力.
偏振光谱仪 紧凑型 可见光谱 polarized spectrometer compact visible spectrum
华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉 430074
为了开发一种用于测量各向同性均匀薄膜介质厚度的紧凑型薄膜测厚仪，采用了共光路垂直入射设计，利用薄膜干涉原理，通过非线性优化算法对反射光谱进行了拟合，反演计算出了薄膜样品的厚度。采用该仪器测量部分SiO2/Si薄膜样件，测量结果与商业椭偏仪测量结果之间的相对偏差小于0.5%，而单次测量时间仅为70ms。结果表明，该薄膜测厚仪具有对测量距离不敏感、光路简洁、结构紧凑及重复性精度良好等优点，对实现在线实时测量功能具有积极意义。
测量与计量 光谱薄膜测厚仪 紧凑 逆问题 干涉 不确定度 measurement and metrology spectral thickness measurement instrument for thin compact inverse problem interference uncertainty
