專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行標(biāo)定的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行標(biāo)定的方法，屬于光測(cè)力學(xué)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
掃描電鏡作為一種微小尺度樣品的觀測(cè)分析手段，由于具有制樣簡(jiǎn)單、放大倍數(shù) 可調(diào)范圍寬、圖像的分辨率高、景深大等特點(diǎn)，故被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、材 料、半導(dǎo)體制造及微電路檢查等各個(gè)領(lǐng)域。目前絕大多數(shù)掃描電鏡只在儀器出廠或驗(yàn)收時(shí) 由生產(chǎn)商的工程師根據(jù)廠家提供的柵網(wǎng)或其他樣板對(duì)儀器進(jìn)行簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)，因此校準(zhǔn)精度 較低，在測(cè)量物體長(zhǎng)度時(shí)，普遍與準(zhǔn)確值之間存在不同程度的偏差，無(wú)法滿足高精度測(cè)量如 微納米尺度測(cè)量的要求。除此之外，測(cè)量精度也會(huì)隨工作距離等因素的變化而變化，而傳統(tǒng) 的標(biāo)定方法并未考慮工作距離的影響。因此亟待提出一種能夠準(zhǔn)確地標(biāo)定掃描電鏡的方 法。作為一種高靈敏度的全場(chǎng)位移和應(yīng)變測(cè)量方法，掃描電鏡云紋法在微納米變形測(cè) 量方面取得了廣泛的應(yīng)用。為了使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，需要對(duì)掃描電鏡進(jìn)行標(biāo)定。利用掃描電鏡對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量，即是利用掃描電鏡所拍得的圖像進(jìn)行測(cè)量。圖像 是以像素為單位的，若能得出每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸即掃描線間距，即可由像素 單位推導(dǎo)出試件的物理尺寸。因此對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定不僅對(duì)于掃描電鏡本身用于尺度測(cè) 量而且對(duì)掃描電鏡云紋法用于變形測(cè)量具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種能夠準(zhǔn)確地標(biāo)定掃描電鏡的掃描線間距的方法，該方法操作 簡(jiǎn)單，靈敏度高。即利用標(biāo)準(zhǔn)光柵和云紋法，提供一種能夠?qū)呙桦婄R的掃描線間距進(jìn)行快 速、高精度標(biāo)定的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行標(biāo)定的方 法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行初步標(biāo)定取一標(biāo)定試件放在掃描電鏡樣品臺(tái) 上，選定掃描線數(shù)和工作距離，調(diào)焦直至得到清晰的試件形貌圖，記錄不同放大倍數(shù)的試件 形貌圖和圖像標(biāo)尺，利用圖像軟件測(cè)量不同放大倍數(shù)下圖像標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)，得到不 同放大倍數(shù)對(duì)應(yīng)的掃描線間距，并對(duì)掃描線間距和放大倍數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合曲線；2)令掃描線間距等于標(biāo)準(zhǔn)光柵模板的間距，根據(jù)由步驟1)得到的擬合曲線，得出 標(biāo)準(zhǔn)光柵形成零場(chǎng)云紋所需的放大倍數(shù)M ；3)將標(biāo)準(zhǔn)光柵放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，調(diào)整掃描電鏡使其掃描線數(shù)和工作距離與 初步標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)相同，調(diào)焦直至得到清晰的標(biāo)準(zhǔn)光柵形貌圖，根據(jù)由步驟2)得到的放大倍 數(shù)M調(diào)整掃描電鏡使標(biāo)準(zhǔn)光柵形成云紋，并記錄云紋圖像；
4)根據(jù)步驟3)得到的云紋圖像測(cè)量云紋的像素間距，利用下述公式計(jì)算出該云 紋圖像所對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)M。下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸p/ 其中m為云紋的像素間距；p/和ps分別為掃描線間距和標(biāo)準(zhǔn)光柵的間距，二者的 大小關(guān)系可根據(jù)轉(zhuǎn)角云紋法判定，若云紋旋轉(zhuǎn)方向與參考柵相同，則P/ < Ps ；若云紋旋轉(zhuǎn) 方向與參考柵相反，則P/>PS;(5)計(jì)算任意放大倍數(shù)Mx下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸即掃描線間距p/，計(jì) 算公式為 本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間 距進(jìn)行標(biāo)定的方法，集成了云紋法測(cè)量靈敏度高、視場(chǎng)大等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)原位標(biāo)定，精 度高，操作簡(jiǎn)單，并且考慮了掃描線數(shù)和工作距離等因素的影響，為掃描電鏡和掃描電鏡云 紋法用于微納米變形測(cè)量提供了良好的基礎(chǔ)。


圖1為掃描線間距與放大倍數(shù)的擬合曲線。圖2為標(biāo)準(zhǔn)光柵在放大倍數(shù)為10000倍時(shí)的掃描電鏡形貌圖。圖3為標(biāo)準(zhǔn)光柵在放大倍數(shù)為1000倍時(shí)的平行云紋圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。首先對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行初步標(biāo)定取一標(biāo)定試件放在掃描電鏡樣品臺(tái) 上，選定掃描線數(shù)和工作距離，調(diào)焦直至得到清晰的試件形貌圖，記錄不同放大倍數(shù)的試件 形貌圖和圖像標(biāo)尺，利用圖像軟件測(cè)量不同放大倍數(shù)下圖像標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)，得到不 同放大倍數(shù)對(duì)應(yīng)的掃描線間距，并對(duì)掃描線間距和放大倍數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合曲線。令掃 描線間距等于標(biāo)準(zhǔn)光柵的間距，由上述擬合曲線得出標(biāo)準(zhǔn)光柵形成零場(chǎng)云紋所需的放大倍 數(shù)M。將標(biāo)準(zhǔn)光柵(可以是平行柵也可以是正交柵)放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，調(diào)整掃描電鏡 使其掃描線數(shù)和工作距離與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)相同，調(diào)焦直至得到清晰的標(biāo)準(zhǔn)光柵形貌圖，根據(jù) 放大倍數(shù)M調(diào)整掃描電鏡使標(biāo)準(zhǔn)光柵形成云紋，并記錄云紋圖像。測(cè)量云紋圖像的像素間 距，利用下述公式計(jì)算出該云紋圖像所對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)M。下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理 尺寸Prc 其中m為云紋的像素間距；p/和ps分別為掃描線間距和標(biāo)準(zhǔn)光柵的間距，二者的大小關(guān)系可根據(jù)轉(zhuǎn)角云紋法判定，若云紋旋轉(zhuǎn)方向與參考柵相同，則P/ < Ps ；若云紋旋轉(zhuǎn) 方向與參考柵相反，則P/>PS。任意放大倍數(shù)Mx下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸即掃描線間距p/的計(jì)算公式 為 實(shí)施例1.所用掃描電鏡型號(hào)為FEI Sirion 400NC。首先對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行初 步標(biāo)定取一標(biāo)定試件放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，選定掃描線數(shù)和工作距離484線和5. 1mm, 記錄不同放大倍數(shù)的試件圖像和圖像標(biāo)尺，利用圖像軟件如Photoshop測(cè)量不同放大倍數(shù) 下圖像標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)，得到每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定物理尺寸即掃描線間距，并對(duì)掃 描線間距和放大倍數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合曲線及其表達(dá)式，如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)中所用的標(biāo) 準(zhǔn)光柵為2000線/mm的平行柵，那么當(dāng)掃描線間距與標(biāo)準(zhǔn)光柵的間距相等時(shí)，形成零場(chǎng)云 紋，根據(jù)前述得出的擬合曲線表達(dá)式可得此時(shí)放大倍數(shù)大概為889 X，也就是說(shuō)在889倍附 近能夠形成云紋。將標(biāo)準(zhǔn)光柵放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，抽真空，令掃描線數(shù)和工作距離與初 步標(biāo)定實(shí)驗(yàn)相同，調(diào)焦直至觀察到清晰的光柵形貌圖，如圖2所示。在889倍附近調(diào)整放大 倍數(shù)觀察并記錄云紋，其中在1000倍下云紋效果最好，如圖3所示。利用Photoshop測(cè)量 云紋圖像的間距為 標(biāo)準(zhǔn)光柵頻率為2000線/mm，即標(biāo)準(zhǔn)光柵間距為ps = 0. 5 y m。根據(jù)轉(zhuǎn)角云紋法 判斷出Pr<Ps，故工作距離為5. 1mm、掃描線數(shù)為484線、放大倍數(shù)為1000倍時(shí)每個(gè)像素所
對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸即掃描線間距為
m因此工作距離為5. 1mm、掃描線數(shù)為484線、任意放大倍數(shù)虬下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的 實(shí)際物理尺寸，即掃描線間距P/的計(jì)算公式為
^ prcMc 1000x0.465//m 465 umPr =—-=-—=——^。
MxMxMx
權(quán)利要求
一種利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行標(biāo)定的方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行初步標(biāo)定取一標(biāo)定試件放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，選定掃描線數(shù)和工作距離，調(diào)焦直至得到清晰的試件形貌圖，記錄不同放大倍數(shù)的試件形貌圖和圖像標(biāo)尺，利用圖像軟件測(cè)量不同放大倍數(shù)下圖像標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)，得到不同放大倍數(shù)對(duì)應(yīng)的掃描線間距，并對(duì)掃描線間距和放大倍數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合曲線；2)令掃描線間距等于標(biāo)準(zhǔn)光柵模板的間距，根據(jù)由步驟1)得到的擬合曲線，得出標(biāo)準(zhǔn)光柵形成零場(chǎng)云紋所需的放大倍數(shù)M；3)將標(biāo)準(zhǔn)光柵放在掃描電鏡樣品臺(tái)上，調(diào)整掃描電鏡使其掃描線數(shù)和工作距離與初步標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)相同，調(diào)焦直至得到清晰的標(biāo)準(zhǔn)光柵形貌圖，根據(jù)由步驟2)得到的放大倍數(shù)M調(diào)整掃描電鏡使標(biāo)準(zhǔn)光柵形成云紋，并記錄云紋圖像；4)根據(jù)步驟3)得到的云紋圖像測(cè)量云紋的像素間距，利用下述公式計(jì)算出該云紋圖像所對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)Mc下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸prc其中m為云紋的像素間距；prc和ps分別為掃描線間距和標(biāo)準(zhǔn)光柵的間距，二者的大小關(guān)系根據(jù)轉(zhuǎn)角云紋法判定，若云紋旋轉(zhuǎn)方向與參考柵相同，則prc＜ps；若云紋旋轉(zhuǎn)方向與參考柵相反，則prc＞ps；(5)計(jì)算任意放大倍數(shù)Mx下每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸，即掃描線間距prx，計(jì)算公式為。FSA00000204146000011.tif,FSA00000204146000012.tif
全文摘要
一種利用云紋對(duì)掃描電鏡的掃描線間距進(jìn)行標(biāo)定的方法，屬于光測(cè)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以掃描電鏡的掃描線為參考柵，以已知柵距的標(biāo)準(zhǔn)光柵為試件柵，通過(guò)使兩柵發(fā)生干涉形成清晰的平行云紋，測(cè)量出云紋的像素間距，將其代入推導(dǎo)出的反演公式求解出每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸即掃描線間距。此方法集成了云紋法測(cè)量靈敏度高、視場(chǎng)大等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)原位標(biāo)定，精度高，操作簡(jiǎn)單，并且考慮了掃描線數(shù)和工作距離等因素的影響，為掃描電鏡和掃描電鏡云紋法用于微納米變形測(cè)量提供了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01B7/16GK101922910SQ20101023619
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者唐敏錦, 李艷杰, 王懷喜, 謝惠民 申請(qǐng)人:清華大學(xué)