基于空間平移變換的數(shù)字差動(dòng)共焦三維顯微測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、差動(dòng)共焦顯微測(cè)量技術(shù)是一種應(yīng)用于微納米尺度三維微結(jié)構(gòu)樣品的光學(xué)顯微測(cè)量技術(shù)。因其具有軸向分辨力高、線性測(cè)量范圍大和無損快速測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微電子器件、微光機(jī)電系統(tǒng)和大口徑微結(jié)構(gòu)器件等領(lǐng)域的測(cè)量。但是該技術(shù)目前仍然存在以下三個(gè)問題：雙點(diǎn)探測(cè)器嚴(yán)格對(duì)稱裝配難度大、軸向與橫向最佳分辨力獲取位置不一致和固定不變的差動(dòng)平移量無法匹配不同物鏡切換需求。上述問題成為了該技術(shù)進(jìn)一步提高可靠性、準(zhǔn)確性和通用性的瓶頸。
　　針對(duì)以上問題，本課

2、題“基于空間平移變換的數(shù)字差動(dòng)共焦三維顯微測(cè)量技術(shù)研究”提出了數(shù)字差動(dòng)共焦三維顯微測(cè)量方法，該方法將單一探測(cè)器收集的三維數(shù)字離散化光強(qiáng)矩陣，進(jìn)行軸向空間平移變換，構(gòu)造兩組含有差動(dòng)平移量調(diào)制信息的數(shù)字差動(dòng)共焦光強(qiáng)矩陣，進(jìn)而獲得了與傳統(tǒng)差動(dòng)共焦系統(tǒng)雙探測(cè)器物理離焦等價(jià)的探測(cè)效應(yīng)；同時(shí)得到了自動(dòng)控制的數(shù)字差動(dòng)平移量，其與傳統(tǒng)物理差動(dòng)平移量具有等價(jià)替換效應(yīng)，并提出了匹配不同物鏡切換的最佳數(shù)字差動(dòng)平移量計(jì)算模型，從而能夠有效克服傳統(tǒng)差動(dòng)共焦的上述

3、缺點(diǎn)。
　　本課題主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，針對(duì)傳統(tǒng)差動(dòng)共焦成像原理需要使用雙點(diǎn)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)，但其難以嚴(yán)格對(duì)稱安裝的問題，開展了使用單探測(cè)器完成探測(cè)的數(shù)字差動(dòng)共焦成像機(jī)理研究。通過單一點(diǎn)探測(cè)器獲取三維數(shù)字離散化光強(qiáng)矩陣，繼而根據(jù)空間平移變換理論對(duì)測(cè)量矩陣進(jìn)行數(shù)字差動(dòng)平移，實(shí)現(xiàn)了等價(jià)于傳統(tǒng)差動(dòng)共焦雙點(diǎn)探測(cè)器獲取探測(cè)數(shù)據(jù)的探測(cè)效應(yīng)，從而為易裝配、高可靠性的新型三維微結(jié)構(gòu)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供新的技術(shù)途徑。
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)

4、差動(dòng)共焦技術(shù)中軸向與橫向最佳分辨力獲取位置不一致以及固定不變的差動(dòng)平移量無法匹配不同物鏡切換需求的兩個(gè)問題，開展了基于空間平移變換理論的數(shù)字差動(dòng)共焦傳感特性研究。通過建立單一準(zhǔn)焦點(diǎn)探測(cè)器代替雙離焦點(diǎn)探測(cè)器的測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)了兼顧軸向與橫向最佳分辨力獲取位置的測(cè)量傳感特性；通過建立最佳數(shù)字差動(dòng)平移量評(píng)估計(jì)算模型，利用數(shù)字差動(dòng)平移量與傳統(tǒng)物理差動(dòng)平移量具有等價(jià)替換效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了滿足不同數(shù)值孔徑物鏡所需差動(dòng)平移量之間的數(shù)字化切換方法，研究結(jié)果表明

5、，對(duì)英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室提供的ACG0.5型標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階樣品，分別使用NA=0.4、0.55和0.9三種不同數(shù)值孔徑物鏡進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果與標(biāo)稱值相比偏差均小于6nm，不確定度均小于20nm（k=2）。
　　最后，開展了數(shù)字差動(dòng)共焦關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析研究，通過將數(shù)字差動(dòng)共焦原理進(jìn)行硬件集成，以及數(shù)字差動(dòng)共焦測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行軟件描述，完成了數(shù)字差動(dòng)共焦測(cè)量技術(shù)的工程樣機(jī)；通過對(duì)數(shù)字差動(dòng)共焦工程樣機(jī)測(cè)試過程及輸出結(jié)果的分析，給出了測(cè)試數(shù)