CN114383533A - 暗场共焦显微测量宽度定值方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种暗场共焦显微测量宽度定值方法,包括基于暗场共焦显微镜通过调节成像端的探测孔径获取的下表面准焦反射图像PR和下表面准焦散射图像PS。基于深沟槽暗场共焦显微成像模型计算沟槽下表面准焦强度像中沟槽边缘位置的归一化光强值IE,根据实际测量得到的下表面准焦反射图像PR以及光强值IE确定实际边缘位置值,获得反射探测模式下沟槽宽度定值结果;通过实际测量得到的下表面准焦散射图像Ps,通过高斯拟合沟槽边缘响应峰值位置值,获得散射探测模式下沟槽宽度定值结果;将反射探测模式与散射探测模式下的宽度定值结果加权平均作为沟槽宽度的最终测量值。为暗场共焦显微镜提供一种更为准确合理的沟槽宽度定值方法。
Description
技术领域
本发明涉及光学显微测量技术中三维形貌基本几何参量表征技术领域,更具体的说是涉及一种在暗场共焦显微镜中用于沟槽测量的宽度定值方法。
背景技术
暗场共焦显微技术能够抑制材料表面直接反射噪声信号而有效用于三维层析测量。然而,在微结构三维形貌表征过程中,由于照明光束及探测光束在沟槽边缘处被遮挡,最终造成边缘成像退化,这使得精确确定沟槽的高度和宽度变得困难。暗场共焦显微技术由于采用环形光照明,不可避免的,由边缘遮挡效应带来的宽度定值误差更为突出。因此寻找一种合理的边缘定位方法至关重要,有助于指导测试操作人员为测量用户提供更为准确合理的测量结果。
目前共焦显微技术中现有的边缘定位方法没有全面考虑沟槽高度引入带来的影响,不仅需要考虑台阶边缘的遮挡影响,还需要考虑离焦沟槽表面光场在探测端的分布。目前,传统的边缘定位方法是在相干条件下,边缘在沟槽归一化强度响应曲线的1/4处;非相干条件下,台阶边缘在归一化台阶强度响应曲线的1/2处。但是该方法都不适用于共焦显微三维测量中沟槽边缘定位,因为沟槽边缘的遮挡以及离焦光场的影响都不可忽略,高度信息的引入导致探测光针在靠近边缘位置时产生遮挡,改变了探测光针的形状,进而导致成像系统点扩散函数改变,成像系统不再是空间线性不变系统。
因此,针对暗场共焦显微镜,如何提供一种在暗场共焦显微镜中用于沟槽测量的宽度定值方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念,以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明提供了一种在暗场共焦显微镜中沟槽测量的宽度定值方法,综合考虑反射探测模式与散射探测模式下的测量结果,为暗场共焦显微镜提供一种更加准确且合理的沟槽宽度定值方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
暗场共焦显微测量宽度定值方法,包括:根据实际测量得到的沟槽下表面准焦反射图像PR以及基于边缘遮挡暗场共焦成像模型计算得到的边缘位置光强值IE确定实际边缘位置值,进而获得反射探测模式下沟槽宽度定值结果;
通过实际测量得到的沟槽下表面准焦散射图像Ps以及采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值,进而获得散射探测模式下沟槽宽度定值结果;
将反射探测模式与散射探测模式下的沟槽宽度定值结果加权平均作为沟槽宽度的测量值。
优选的,沟槽下表面准焦反射图像PR通过暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑完全打开状态下采集得到;沟槽下表面准焦散射图像Ps通过暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑处于互补探测状态下采集得到。
优选的,反射探测模式下沟槽宽度定值方法,包括:
建立边缘遮挡暗场共焦成像模型,基于边缘遮挡暗场共焦成像模型计算理想沟槽强度像,并对其进行归一化处理,获得理想沟槽归一化强度像;
提取理想沟槽归一化强度像轮廓线,获取沟槽边缘与归一化强度像交点的光强值IE;
从反射探测模式下实际测量的三维数据中提取沟槽下表面轴向包络曲线,通过质心法确定沟槽下表面准焦位置,根据准焦位置提取出沟槽下表面准焦反射图像并归一化,得到实际测量的沟槽归一化反射强度像;
基于实际测量的沟槽归一化反射强度像获取光强值为IE的坐标点,该点对应的横向位置x1,x2,即为实际测量中沟槽边缘位置,确定出反射探测模式下沟槽宽度。
优选的,所述边缘遮挡暗场共焦成像模型中,理想沟槽强度像的光场通过两部分光场叠加获得,包括基于遮挡孔径点扩散函数计算沟槽下表面在探测像面的光场分布以及基于三维离焦点扩散函数计算沟槽上表面在探测像面的光场分布。
优选的,散射探测模式下沟槽宽度定值方法,具体包括:将实际测量得到的下表面准焦散射图像Ps归一化处理,截取其中大于0.6的数据点分段采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值x’1,x’2,进而确定出散射探测模式下沟槽宽度。
优选的,反射探测模式与散射探测模式下的沟槽宽度定值结果加权平均公式为:Δx=(1-ε)×(x2-x1)+ε×(x’2-x’1),其中,ε为暗场共焦显微镜环形照明光内直径与外直径的比值,0<ε<1,x’1,x’2为散射探测模式下沟槽边缘响应峰值位置值,x1,x2为反射模式下实际测量的沟槽边缘位置值。
有益效果:
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种在暗场共焦显微镜中沟槽测量的宽度定值方法,该方法基于暗场共焦显微镜通过调节成像端的探测孔径获取的下表面准焦反射图像PR和下表面准焦散射图像PS,通过加权平均,综合考虑反射探测模式与散射探测模式下的宽度定值结果,为暗场共焦显微镜提供一种更加准确且合理的沟槽宽度定值方法,有助于指导测试人员正确给出沟槽宽度的测试结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种暗场共焦显微测量宽度定值方法的流程图。
图2为本发明提供的一例基于边缘遮挡暗场共焦成像模型计算的1μm高度理想台阶强度像,成像数值孔径为0.9,测量波长为532nm,环形照明光内外径比ε=0.4。图中蓝色曲线是归一化的理想台阶高度,红色曲线是根据边缘遮挡暗场共焦成像模型模拟计算的归一化理想台阶强度像。
图3为本发明提供的一例暗场共焦显微镜反射探测模式下沟槽宽度定值结果。图中蓝色曲线是在成像数值孔径0.9,测量波长532nm,环形照明光内外径比ε=0.4条件下,1μm高度台阶在反射探测模式下的归一化光强测量值,红色曲线是根据图2获取的归一化理论边缘位置光强值IE确定的实际边缘位置及宽度值。
图4为本发明提供的一例暗场共焦显微镜散射探测模式下沟槽宽度定值结果。图中蓝色曲线是在成像数值孔径0.9,测量波长532nm,环形照明光内外径比ε=0.4条件下,1μm高度台阶在散射探测模式下的归一化光强测量值,红色曲线是选取其中大于0.6的数据点分段采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种新的边缘定位方法,用于共焦显微镜三维测量中沟槽宽度定值,如图1所示,具体包括如下步骤:
根据实际测量得到的沟槽下表面准焦反射图像PR以及基于暗场共焦成像模型计算得到的边缘位置光强值IE确定实际边缘位置值,进而获得反射探测模式下沟槽宽度定值结果;
通过实际测量得到的下表面准焦散射图像Ps,采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值,进而获得散射探测模式下沟槽宽度定值结果;
将反射探测模式与散射探测模式下的宽度定值结果加权平均作为沟槽宽度的测量值。
更为具体的,沟槽下表面准焦反射图像PR是暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑完全打开状态下采集数据得到;沟槽下表面准焦散射图像Ps是暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑处于互补探测状态下采集数据得到。
更为具体的,反射探测模式下沟槽宽度定值方法,包括:
建立边缘遮挡暗场共焦成像模型,利用边缘遮挡暗场共焦成像模型计算理想沟槽强度像,并对其进行归一化处理,获得理想沟槽归一化强度像;
提取理想沟槽归一化强度像轮廓线,获取沟槽边缘与归一化强度像交点的光强值IE,如图2所示。
从反射探测模式下实际测量的三维数据中提取沟槽下表面轴向包络曲线,通过质心法确定沟槽下表面准焦位置,根据准焦位置提取出沟槽下表面准焦反射图像并归一化,得到实际测量的沟槽归一化反射强度像;
获取实际测量获得的沟槽归一化反射强度像中强度值为IE的坐标点,该点对应的横向位置x1,x2,即为实际测量中沟槽边缘位置,进而可以确定沟槽宽度,如图3所示。
更为具体的,边缘遮挡暗场共焦成像模型中,理想沟槽反射强度像的光场是两部分光场叠加获得的,一是基于遮挡孔径点扩散函数计算沟槽下表面在探测像面的光场分布,二是基于三维离焦点扩散函数计算沟槽上表面在探测像面的光场分布。
更为具体的,散射探测模式下沟槽宽度定值方法,具体包括:将实际测量得到的下表面准焦散射图像Ps归一化处理,截取其中大于0.6的数据点分段采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值x’1,x’2,进而可以确定沟槽宽度,如图4所示。
更为具体的,最终的宽度定值结果是反射探测模式与散射探测模式下的宽度定值结果加权平均:Δx=(1-ε)×(x2-x1)+ε×(x’2-x’1),其中ε为暗场共焦显微镜环形照明光内直径与外直径的比值,0<ε<1,x’1,x’2为散射探测模式下沟槽边缘响应峰值位置值,x1,x2为反射模式下实际测量的沟槽边缘位置值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,包括:根据实际测量得到的沟槽下表面准焦反射图像PR以及基于边缘遮挡暗场共焦成像模型计算得到的边缘位置光强值IE确定实际边缘位置值,获得反射探测模式下沟槽宽度定值结果;
通过实际测量得到的沟槽下表面准焦散射图像Ps以及采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值,获得散射探测模式下沟槽宽度定值结果;
将反射探测模式与散射探测模式下的沟槽宽度定值结果加权平均作为沟槽宽度的测量值。
2.根据权利要求1所述的暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,沟槽下表面准焦反射图像PR通过暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑完全打开状态下采集得到;沟槽下表面准焦散射图像Ps通过暗场共焦显微镜探测端的孔径光阑处于互补探测状态下采集得到。
3.根据权利要求1所述的暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,反射探测模式下沟槽宽度定值方法,包括:
建立边缘遮挡暗场共焦成像模型,基于边缘遮挡暗场共焦成像模型计算理想沟槽强度像,并对其进行归一化处理,获得理想沟槽归一化强度像;
提取理想沟槽归一化强度像轮廓线,获取沟槽边缘与归一化强度像交点的光强值IE;
从反射探测模式下实际测量的三维数据中提取沟槽下表面轴向包络曲线,通过质心法确定沟槽下表面准焦位置,根据准焦位置提取出沟槽下表面准焦反射图像并归一化,得到实际测量的沟槽归一化反射强度像;
基于实际测量的沟槽归一化反射强度像获取光强值为IE的坐标点,该点对应的横向位置x1,x2,即为实际测量中沟槽边缘位置,确定出反射探测模式下沟槽宽度。
4.根据权利要求3所述的暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,所述边缘遮挡暗场共焦成像模型中,理想沟槽强度像的光场通过两部分光场叠加获得,包括基于遮挡孔径点扩散函数计算沟槽下表面在探测像面的光场分布以及基于三维离焦点扩散函数计算沟槽上表面在探测像面的光场分布。
5.根据权利要求3所述的暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,散射探测模式下沟槽宽度定值方法,具体包括:将实际测量得到的下表面准焦散射图像Ps归一化处理,截取其中大于0.6的数据点分段采用高斯拟合提取沟槽边缘响应峰值位置值x’1,x’2,进而确定出散射探测模式下沟槽宽度。
6.根据权利要求5所述的暗场共焦显微测量宽度定值方法,其特征在于,反射探测模式与散射探测模式下的沟槽宽度定值结果加权平均公式为:Δx=(1-ε)×(x2-x1)+ε×(x’2-x’1),其中,ε为暗场共焦显微镜环形照明光内直径与外直径的比值,0<ε<1,x’1,x’2为散射探测模式下沟槽边缘响应峰值位置值,x1,x2为反射模式下实际测量的沟槽边缘位置值。
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