大范围微结构表面形貌测试中若干关键技术的研究

论文摘要

微结构几何量特征参数与其构成的器件的性能是密切相关的?随着科学技术的发展,越来越多的微器件是由微结构阵列来实现相应的功能的,阵列中每个功能单元的尺寸一般在亚毫米量级,但是由成千上万个功能单元构成的微器件的整体尺寸在毫米或厘米量级?因此这类微器件表面形貌的测量既要求平面测量范围在毫米量级以上,又要求测量的平面空间分辨力为微米级甚至亚微米级?本文按照大范围微结构表面形貌的测量需求,对图像拼接法应用于光学显微干涉表面形貌测量中的若干关键技术开展了研究,具体完成的工作有:1.对图像拼接的方法进行了分析,结合微结构表面形貌测量的特点,提出了大范围微结构表面形貌测量中图像拼接的实现方法;2.对图像拼接实现方法中的关键技术进行了研究,主要包括干涉图像的自动对焦方法?相位展开算法的选择?子区域表面形貌图像的三维空间位置的对准方法和子区域拼接路径的分析和选择等方面;3.建立了测量样品可进行三维精确定位的Linnik光学显微干涉测量实验系统,编写了自动化测量和控制软件,提高了系统的测量效率;4.围绕所提出的关键技术开展了实验研究,其中包括:自动对焦方法的实验验证?利用纳米台阶高度标准进行表面形貌拼接测量可靠度的评价?微镜阵列表面形貌的测量与几何量参数的评价?MEMS器件的表面形貌拼接测量等,对所提出的测量方法和系统的可行性进行了综合验证?

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 微加工技术及光学干涉测试技术发展概况
• 1.1.1 微加工技术的发展状况
• 1.1.2 微结构表面形貌测试技术
• 1.2 图像拼接技术
• 1.3 课题研究的主要目的和内容
• 第二章 大范围微结构表面形貌测试的实现及其关键技术
• 2.1 相移显微干涉测量和垂直扫描干涉测量方法
• 2.1.1 相移显微干涉测试方法
• 2.1.2 垂直扫描干涉测试方法
• 2.1.3 两种方法的对比
• 2.2 微结构表面形貌总体拼接流程
• 2.2.1 平面相对位置的确定
• 2.2.2 离面相对位置的确定
• 2.3 相位展开算法的选择
• 2.4 基于图像处理的自动对焦方法
• 2.4.1 透镜成像原理
• 2.4.2 自动对焦中图像处理基本原理
• 2.4.3 对焦评价函数
• 2.4.4 对焦搜索策略
• 2.4.5 自动对焦原理改进
• 2.5 子区域拼接路径的选择
• 第三章 大范围微结构表面形貌测试实验系统的设计
• 3.1 系统的硬件组成
• 3.1.1 数字图像采集部分
• 3.1.2 相移和垂直扫描控制部分
• 3.1.3 子区域的自动定位和对焦部分
• 3.2 系统软件设计
• 3.2.1 基于Labview 定位与图像采集程序设计
• 3.2.2 Matlab 图像处理程序设计
• 第四章 表面形貌拼接测试实验与分析
• 4.1 自动对焦方法的验证
• 4.2 相位展开方法的验证
• 4.3 测量性能的评价
• 4.3.1 大范围性能测试的评价
• 4.3.2 扫描拼接测试
• 4.4 实际器件的表面形貌测量实例与分析
• 4.4.1 FEL 微透镜阵列模型器件的拼接实验与分析
• 4.4.2 MEMS 微器件的拼接实验与分析
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢