南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
低相干扫描干涉技术是微结构特征参数无损检测的有效手段。然而对高深宽比结构底部采样点需要进行大量程垂直扫描，由此引起光强漂移导致的相干信号对比度降低，以及阶跃边缘复杂衍射作用造成的相干信号混叠是高度检测过程中的两个主要难题。采用完全噪声辅助聚合经验模态分解算法分解原始信号得到一系列特征模态函数，通过提取高频特征模态函数代替原始信号滤除低频的光强漂移分量，提高相干信号对比度。高深宽比结构边缘复杂衍射作用使该位置附近的相干信号中包含两组包络，其中异常包络由相干峰位置对应上表面的附加相干信号引起并阻碍有效包络的准确判别。通过融合从相干信号中提取的对比度及强度信息并进行二值化处理，实现对高深宽比结构上下表面的识别分类，据此选择当前采样点位置对应的包络作为有效包络并最终完成结构高度的高精度检测。以校准深度为101.77 μm，线宽为10.97 μm的高深宽比沟槽为检测样品，10次测量的高度均值及标准差分别为101.093 μm、0.316 μm。
干涉测量 高度测量 高深宽比 光强漂移 相干信号混叠 Interferometry Height measurement High-aspect-ratio Intensity offset Aliasing coherence signal
在红外探测器铟柱蒸发的工艺试验中, 有需要测量大量铟柱高度的情况, 因此对铟柱高度测量方法进行了研究。手动逐点测量铟柱高度方式的结果较为准确, 但是测量速度比较慢, 消耗时间比较多。快速自动测量的方法使用了显微镜的扫描功能, 并利用图像识别技术来自动识别铟柱, 能够一次获取所有铟柱的高度, 所以测量速度很快。详细介绍了这两种方法的操作步骤和重要选项的设置。经过测算, 用快速测量方法测量1000个铟柱的高度只需要30分钟, 测量时间能够减少76%, 极大地提高了测量效率。最后分析了两种不同测量方法的优点和缺点。
红外探测器 铟柱 互连 高度测量 infrared detector indium columns bonding height measurement
1 厦门大学航空航天学院, 福建 厦门 361101
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100094
随着集成电路制造技术的发展, 封装尺寸变得更加细密, 焊料变形导致的互连短路问题日益突出, 针对芯片凸点进行共面性缺陷检测即测量凸点高度的需求更加迫切。为实现这一目的, 建立了基于白光三角法的芯片凸点高度测量仿真模型, 系统分为光源整形模块, 精密狭缝、显微投影系统和显微成像系统。分析了样品移动过程中凸点顶部反射光斑的变化情况, 同时对比本系统会聚光线和传统平行光线对于凸点顶部成像光斑的影响, 针对上述分析提出适用于凸点高度检测的方法, 并使用仿真结果加以证明模型准确性, 为搭建实物系统完成真实样品检测任务提供参考依据。
白光三角法 芯片凸点 高度测量 仿真 white light triangulation chip bump height measurement simulation
上海工程技术大学城市轨道交通学院, 上海, 201620
针对奇偶拐点高斯分解法在全波形数据处理中存在的精度不足的问题,提出了一种基于有效峰值修正的全波形数据处理算法。该方法首先在数据预处理过程中使用了数据分段的方式来进行噪声均值、方差的估计,在不同的信号段使用与之对应的滤波宽度进行高斯滤波,然后结合噪声阈值与滤波后波形提取出有效峰值信息,最后根据峰值信息修正高斯分量参数。以北京市区作为实验研究区,就分解精度与其他分解算法的结果进行对比。结果表明,本文算法估测的地物高度与实际测量值的均方根误差为1.02,优于奇偶拐点高斯分解法和高斯分解产品GLA14计算的结果。
图像处理 卫星激光测高 ICESat-GLAS 全波形数据处理 高斯分解 地物高度测量 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1410018
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中科晶源微电子科技(北京)有限公司, 北京 100076
带电粒子束成像检测技术是一种可以提供纳米级测量精度的技术, 广泛应用于半导体检测中。在进行硅片检测时, 要求待测硅片在扫描检测过程中一直处于电子束的焦深范围(DoF)内。本文提出一种毫米级控制范围、纳米级控制精度、高度测量时间在亚毫秒量级的粗精结合的闭环硅片高度控制技术。它的核心子系统是一套光学硅片高度测量系统, 在进行粗控制时, 数字相机的成像面作为一个光栅图像接收面, 硅片的高度信息通过测量光栅线条在成像面上的位移获得。在接近目标高度时, 数字相机的成像面作为一个虚拟的数字光栅使用。它与光学光栅图像存在一定周期差, 两者构成类似机械游标卡尺的结构, 本文称为光学游标卡尺, 实验表明该技术可以在成像面上细分像素尺寸10×以上。当用其测量硅片高度时, 粗测范围达毫米量级, 粗测时间小于038 ms, 精测分辨率小于80 nm, 精测时间小于009 ms。利用该硅片高度测量系统进行硅片高度的初步闭环反馈控制, 控制精度达到15 nm, 在电子束硅片图形检测系统中具有广阔的应用前景。
对焦控制 高度测量 高度控制 带电粒子束检测 电子束检测 光学游标卡尺 焦深 focus control height measurement height control charged particle beam inspection electron beam inspection optical vernier caliper depth of focus
1 暨南大学光电工程系, 广东 广州 510632
2 暨南大学光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室, 广东 广州 510632
3 暨南大学华文学院, 广东 广州 510610
为了实现对物体的三维形貌绝对测量，避免相位解包裹处理，研究实现了一种基于激光散斑场纵向相关性质的三维形貌绝对测量技术。实验研究了激光散斑场纵向相关性质，利用CCD 相机拍摄不同纵向深度的散斑图，通过相关运算获得散斑图的纵向深度与横向偏移之间的线性关系。利用这一线性关系，实现了对处于激光散斑场中的物体表面到参考面之间高度的绝对测量，三维形貌重建无需相位解包裹处理，并且由于激光散斑场是激光照射毛玻璃形成的，避免了投影数字散斑技术中的透镜投影系统，技术装置简单，操作方便。该技术有望在实践中获得应用。
测量 高度测量 图像相关 激光散斑
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 冲击波物理与爆轰物理重点实验室， 四川 绵阳 621900
基于白光频域干涉的基本原理，提出了一种可实现高分辨率和大台阶高度测量的方法，利用该方法进行台阶高度测量时，其测量范围取决于所用干涉光源的中心波长和光谱仪的分辨率，可达mm量级。在原理验证性实验中，利用该方法已经实现了最大高度为298.57 μm的台阶高度测量，多次重复测量的标准偏差不超过0.03 μm，最大均方根误差为0.94 μm，实验测量结果与台阶高度真实值具有很好的一致性。
台阶 高度测量 频域干涉 量块 step height measurements frequency domain interferometry gauge block 强激光与粒子束
2015, 27(9): 091007
提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息，色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片，由线阵CCD 探测。将线阵CCD 的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号，相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此，利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响，获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50 μm 的台阶重复10次测量，测量结果的标准差为6.8 nm。
测量 低相干干涉测量 波数分辨 台阶高度测量 光学色散 光学学报
2015, 35(11): 1112006
傅里叶变换轮廓术是一种主动投影光栅测量物体表面三维形貌的技术，只需要一幅结构条纹图即可对整个范围进行分析。该方法通过对物体表面投影产生的变形光栅的相位与参考面的变形光栅相位相减，从而得以测量高度分布。但该方法在发散照明光路中所测量高度对应的坐标值只是一个近似，在做精确测量时还需要做理论修正。在理论上阐述了由坐标选取混淆产生的高度测量误差的原因，并对其做了一级修正。在实验上采用红绿双色条纹技术，并结合Matlab软件对误差做了定量分析。
测量 傅里叶变换轮廓术 高度测量 坐标混淆 双色条纹 激光与光电子学进展
2013, 50(6): 061202
