CN114674240A - 形变测量方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本公开涉及光学精密位置测量技术领域,尤其涉及一种形变测量方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
相位光栅技术是指均匀照明的入射光照到相位光栅标记上发生衍射,衍射后的±1级或更高级的出射光携带有关于光栅标记结构的位置信息,并以较大角度从光栅标记上散开后在像平面干涉成像。通过光强探测模块收集光信号,然后根据信号中各衍射级次间的位相相对变化解算出光栅标记的位置信息。因此,光栅标记的结构和形貌将直接影响测量结果的准确性。
为实现纳米甚至亚纳米级别的位置测量精度,相位光栅的周期通常为几微米到十几微米级别。虽然对于当前的工艺而言,在样品上进行微米级别精度的光栅加工比较容易实现。但在光栅刻蚀在样品表面上后,随着样品受到夹持固定、高温烘烤或其他工艺流程的影响,样品表面的形变会引起光栅结构发生变化,从而影响测量结果的准确性。
发明内容
本公开的主要目的在于提供一种形变测量方法、装置、电子设备及存储介质,可通过扫描相位光栅产生的光信号对样品表面形变程度进行测量,提升测量结果的准确性。
为实现上述目的,本公开实施例第一方面提供一种形变测量方法,包括:
确定待测样品在未发生形变的情况下的理想光信号sI;
采集所述待测样品在发生形变的情况下的实际光信号SR,所述发生形变的情况包括至少发生一种形变;
根据所述权重系数ai,j和所述权重系数bi,j,建立所述待测样品的实际形变表达式。
在本公开一实施例中,所述实际光信号SR的拟合式:
其中,m为所述待测样品中X轴方向的形变所占权重,n为所述待测样品中Y轴方向的形变所占权重,ai,j为所述理想光信号sI和所述实际光信号sR在X轴上的偏差的权重系数,bi,j为所述理想光信号SI和所述实际光信号SR在Y轴上的偏差的权重系数。
在本公开一实施例中,所述样品上具有光栅标记,所述方法还包括:
获取所述待测样品的形式和所述光栅标记在坐标系下的位置;
根据所述待测样品的形式和所述光栅标记在坐标系下的位置,确定所述m和所述n的取值。
在本公开一实施例中,所述待测样品的实际形变表达式:
其中,D(x,y)表示所述待测样品的实际形变,dx(x,y)表示在坐标系下(x,y)点处在X轴方向产生的形变量,dy(x,y)分别表示在坐标系下(x,y)点处在Y轴方向产生的形变量,n为所述待测样品的实际形变的最高阶数,即多项式的最高次项的次数。
在本公开一实施例中,其中,
当所述待测样品发生的形变包括平移时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括q0,0和b0,0;
当所述待测样品发生的形变包括缩放时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,0x和b1,0y;
当所述待测样品发生的形变包括旋转时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,1y和b1,1x;
当所述待测样品发生的形变包括二阶倍率时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,0x2和b2,0y2;
当所述待测样品发生的形变包括梯形时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,1xy和b2,1xy;
当所述待测样品发生的形变包括弓形时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,2y2和b2,2x2。
本公开实施例第二方面提供一种形变测量装置,包括:
确定模块,用于确定待测样品在未发生形变的情况下的理想光信号SI;
采集模块,用于采集所述待测样品在发生形变的情况下的实际光信号SR,所述发生形变的情况包括至少发生一种形变;
在本公开一实施例中,所述第二计算模块具体用于:
根据所述权重系数ai,j和所述权重系数bi,j,建立所述待测样品的实际形变表达式。
本公开实施例第三方面提供了一种电子设备,包括:
存储器,处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现本公开实施例第一方面提供的形变测量方法。
本公开实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现本公开实施例第一方面提供的形变测量方法。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开一实施例提供的形变测量方法的流程示意图;
图2为本公开一实施例提供的形变测量装置的结构示意图;
图3示出了一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使得本公开的公开目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本公开实施例中的附图,对本公开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公开一部分实施例,而非全部实施例。基于本公开中的实施例,本领域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,都属于本公开保护的范围。
在本公开中,当样品表面产生某种程度的形变后,会导致已经刻蚀在样品上的光栅标记的结构也随之发生变化。从而在照明模式、扫描方式和采样方法等其他因素不变的情况下,使得光强探测模块采集到的实际光信号与理想光信号产生偏差。通过对此偏差进行特定分析和计算,即可测量得出样品表面的形变程度。测量结果可应用于标记结构变形对位置测量精度的影响分析,为位置测量精度的提升提供了优化方向。
请参阅图1,图1为本公开一实施例提供的形变测量方法的流程示意图,该方法可应用于电子设备中,电子设备包括:手机、平板电脑、手提电脑、智能手表、智能眼镜等可在移动中进行数据处理的电子设备以及台式计算机、一体机、智能电视机等非可在移动中进行数据处理的电子设备,该方法主要包括以下步骤:
S101、确定待测样品在未发生形变的情况下的理想光信号SI;
S102、采集该待测样品在发生形变的情况下的实际光信号SR,该发生形变的情况包括至少发生一种形变;
在本公开中,为了通过测量信号评估待测样品的变形程度,首先需要得到未发生形变的待测样品对应的理想光信号SI。根据待测样品表面的材质属性和光栅标记的设计参数可以计算出未发生任何形变时采集到的理想光信号SI。
在本公开中,当待测样品实际存在形变时,实际光信号SR将与理想光信号SI存在一定差异。通过光强探测模块采集发生形变的待测样品上的标记信号,获得实际光信号SR。
在本公开中,为了能够准确且量化的表示出待测样品发生的形变,可将待测样品表面的实际形貌以坐标的形式进行表式,其中横向为X轴、纵向为Y轴。为了简化说明,本公开仅讨论X、Y两个方向的形变。故待测样品表面在XY平面上的实际形貌与未发生形变的情况下的标准形貌的偏差可用D(x,y)的形式表示,即:
式中,D(x,y)表示待测样品的实际形变,dx(x,y)表示在坐标系下(x,y)点处在X轴方向产生的形变量,dy(x,y)分别表示在坐标系下(x,y)点处在Y轴方向产生的形变量,n为待测样品的实际形变的最高阶数,即多项式的最高次项的次数。因此,当待测样品未发生形变时,
根据式中x,y的指数不同,可将多项式的每一项根据其对应的图形曲线与实际变形类型相对应。例如,当该待测样品发生的形变包括平移时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a0,0和b0,0;当该待测样品发生的形变包括缩放时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,0x和b1,0y;当该待测样品发生的形变包括旋转时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,1y和b1,1x;当该待测样品发生的形变包括二阶倍率时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,0x2和b2,0y2;当该待测样品发生的形变包括梯形时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,1xy和b2,1xy;当该待测样品发生的形变包括弓形时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,2y2和b2,2x2。
在本公开中,根据待测样品加工所经过的工艺流程及外部作用力的形式,选取对此样品需关注的变形类型。例如待测样品经过烘烤、底部吸附和边缘夹持等流程时,通常只需关注缩放、旋转、二阶倍率、弓型及马鞍型等类型的变形,则样品表面的实际形变表达式可简化表示为:
在本公开中,在得到每种形变对理想光信号SI和实际光信号SR之间差异的量化贡献后,由多项式非同类项间相互正交可知,各种形变的影响不存在线性相关的耦合关系。因此可直接通过下式使用和对SR进行拟合,根据最小二乘或其他类似的拟合方法,求出式中ai与bi的最优解。
式中,m为该待测样品中X轴方向的形变所占权重,n为该待测样品中Y轴方向的形变所占权重,ai,j为该理想光信号SI和该实际光信号SR在X轴上的偏差的权重系数,bi,j为该理想光信号SI和该实际光信号SR在Y轴上的偏差的权重系数。
在本公开中,m和n的取值为经验值,由待测样品形状、光栅标记在坐标系下的位置等因素决定。
依照上述示例,求得的系数ai,j与bi,j即为缩放、旋转、二阶倍率、弓型及马鞍型等五种形变类型各自对应的形变大小。将ai,j与bi,j代入待测样品表面的表达式中,即可得到待测样品表面实际的变形程度。即:
请参阅图2,图2是本公开又一实施例提供的形变测量装置的结构示意图,该装置可内置于电子设备中,该装置主要包括:
确定模块210,用于确定待测样品在未发生形变的情况下的理想光信号SI;
采集模块220,用于采集该待测样品在发生形变的情况下的实际光信号SR,该发生形变的情况包括至少发生一种形变;
在本公开一实施例中,该第二计算模块240具体用于:
根据该权重系数ai,j和该权重系数bi,j,建立该待测样品的实际形变表达式。
在本公开一实施例中,该实际光信号SR的拟合式:
其中,m为该待测样品中X轴方向的形变所占权重,n为该待测样品中Y轴方向的形变所占权重,ai,j为该理想光信号SI和该实际光信号SR在X轴上的偏差的权重系数,bi,j为该理想光信号SI和该实际光信号SR在Y轴上的偏差的权重系数。
在本公开一实施例中,该样品上具有光栅标记,该方法还包括:
获取该待测样品的形式和该光栅标记在坐标系下的位置;
根据该待测样品的形式和该光栅标记在坐标系下的位置,确定该m和该n的取值。
在本公开一实施例中,该待测样品的实际形变表达式:
式中dx(x,y)表示在坐标系下(x,y)点处在X轴方向产生的形变量,dy(x,y)分别表示在坐标系下(x,y)点处在Y轴方向产生的形变量,n为待测样品实际形变的最高阶数,即多项式的最高次项的次数。
在本公开一实施例中,当该待测样品发生的形变包括平移时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a0,0和b0,0;当该待测样品发生的形变包括缩放时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,0x和b1,0y;当该待测样品发生的形变包括旋转时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,1y和b1,1x;当该待测样品发生的形变包括二阶倍率时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,0x2和b2,0y2;当该待测样品发生的形变包括梯形时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,1xy和b2,1xy;当该待测样品发生的形变包括弓形时,该待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,2y2和b2, 2x2。
请参见图3,图3示出了一种电子设备的硬件结构图。
本实施例中所描述的电子设备,包括:
存储器41、处理器42及存储在存储器41上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行该程序时实现前述图1所示实施例中描述的形变测量方法。
进一步地,该电子设备还包括:
至少一个输入设备43;至少一个输出设备44。
上述存储器41、处理器42输入设备43和输出设备44通过总线45连接。
其中,输入设备43具体可为摄像头、触控面板、物理按键或者鼠标等等。输出设备44具体可为显示屏。
存储器41可以是高速随机存取记忆体(RAM,Random Access Memory)存储器,也可为非不稳定的存储器(non-volatile memory),例如磁盘存储器。存储器41用于存储一组可执行程序代码,处理器42与存储器41耦合。
进一步地,本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质可以是设置于上述各实施例中的电子设备中,该计算机可读存储介质可以是前述图3所示实施例中的电子设备。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现前述图1所示实施例中描述的形变测量方法。进一步地,该计算机可存储介质还可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是,在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简便描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本公开并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本公开,某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定都是本公开所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本公开所提供的一种形变测量方法、装置、电子设备及可读存储介质的描述,对于本领域的技术人员,依据本公开实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上,本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
Claims (10)
4.根据权利要求2所述的形变测量方法,其特征在于,所述样品上具有光栅标记,所述方法还包括:
获取所述待测样品的形式和所述光栅标记在坐标系下的位置;
根据所述待测样品的形式和所述光栅标记在坐标系下的位置,确定所述m和所述n的取值。
6.根据权利要求2所述的形变测量方法,其特征包括但不限于,其中,
当所述待测样品发生的形变包括平移时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a0,0和b0,0;
当所述待测样品发生的形变包括缩放时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,0x和b1,0y;
当所述待测样品发生的形变包括旋转时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a1,1y和b1,1x;
当所述待测样品发生的形变包括二阶倍率时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,0x2和b2,0y2;
当所述待测样品发生的形变包括梯形时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,1xy和b2,1xy;
当所述待测样品发生的形变包括弓形时,所述待测样品的实际形变表达式中的多项式包括a2,2y2和b2,2x2。
9.一种电子设备,包括:存储器,处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时,实现权利要求1至6中的任一项所述的形变测量方法中的各个步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至6中的任一项所述的形变测量方法中的各个步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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