基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法
【專利摘要】基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法屬于共焦掃描光學測量【技術(shù)領(lǐng)域】；該方法在獲得鍍膜待測樣品三維形貌的基礎(chǔ)上，計算梯度最大點和其余點的軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化結(jié)果，并以sinc4(a(x-b))為目標函數(shù)進行擬合，將梯度最大點的擬合結(jié)果與不同寬度矩形函數(shù)做卷積運算，再與待校準點的軸向響應(yīng)數(shù)據(jù)做差運算，利用最小殘差所對應(yīng)的矩形窗寬度來補償膜厚誤差；本發(fā)明基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法，通過擬合薄膜、厚膜軸向響應(yīng)曲線，實現(xiàn)對熒光膜膜厚引入誤差的補償，有效校正鍍膜膜厚不均引起的誤差，并將此誤差降低到十分之一膜厚以下。
【專利說明】基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法屬于共焦掃描光學測 量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于光滑大區(qū)率表面樣品，由于照明光在其表面發(fā)生鏡面反射，當測量與樣品表 面法線方向與測量系統(tǒng)光軸超過一定角度，經(jīng)樣品表面反射回的信號光無法被口徑有限的 物鏡全部收集，甚至無法收集，從而造成此類樣品無法測量或測量分辨率降低。解決上述問 題，可以在光滑大區(qū)率表面鍍上一層熒光膜，使得光滑樣品表面具有散射特性，在理想情況 下，信號光以近90度的立體角散射傳播，實現(xiàn)信號光的全口徑收集。然而，由于鍍膜工藝無 法保證樣品表面的熒光膜厚度一致，熒光膜厚度會隨著樣品表面斜率的增加而變薄，這種 膜厚不均會引入二分之一厚膜厚度的誤差，影響測量精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜 厚誤差校正方法，該膜厚誤差校正方法能夠?qū)崿F(xiàn)對熒光膜膜厚引入誤差的補償，有效校正 鍍膜膜厚不均引起的誤差，并將此誤差降低到十分之一膜厚以下。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0005] 基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟a、獲得鍍膜待測樣品三維形貌，軸向掃描間隔為z，掃描層數(shù)為N ;
[0007] 步驟b、選取三維形貌梯度最大點，將該點軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化，記為L，將其 余點軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化，記為1 2 ;
[0008] 步驟c、以sinc4(a(xXz_b))為目標函數(shù)，利用Levenberg-Marquardt算法分別擬 合L與1 2，求得兩組a和b，第一組對應(yīng)L的最優(yōu)擬合參數(shù)，記為和h，第二組對應(yīng)12的 最優(yōu)擬合參數(shù)，記為a 2和b2 ;
[0009] 步驟 d、分別計算 1丨(n) = sincYaiXnXz)和 I2(n) = sinc4(a2XnXz)，η 為 大于 min (int (_ π / ^ X ζ))，int (_ π / (a2 X ζ)))，小于 max (int (_ π / ^ X ζ))，int (_ π / (a2Xz)))的整數(shù)，min ()表示最小值，max ()表示最大值，int()表示取整運算；
[0010] 步驟e、將Μη)與矩形函數(shù)做卷積運算，結(jié)果記為Γ (ηΛ)，有： l'(n,hi)= Kn^rccUXx- hj/phi))，h為非0整數(shù)，也是矩形函數(shù)的偏移量，還是矩形函數(shù)的半 覽度；
[0011] 步驟f、從Γ (n，hi)與I2(n)中提取半高以上數(shù)據(jù)，分別為13與14;
[0012] 步驟g、計算13與14的殘差res(i)，其中，與res(i)最小值對應(yīng)的比記為h min，該 點高度校正值為hminXz ;
[0013] 步驟h、在待校準點測得高度值上減去hminXz。
[0014] 上述基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法，所述的步驟f 中，提取半高以上數(shù)據(jù)的【具體實施方式】為：
[0015] 對于Γ (ηΛ)，以Γ (nA)最大值為中心，左右各取int(N/4)個點數(shù)據(jù)，這些數(shù) 據(jù)記為13，其中，int()表示取整運算；
[0016] 對于I2(n)，以I2(n)最大值為中心，左右各取int(N/4)個點數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)記為 1 4,其中，int()表示取整運算。
[0017] 有益效果：本發(fā)明通過擬合薄膜、厚膜軸向響應(yīng)曲線，實現(xiàn)對熒光膜膜厚引入誤差 的補償，有效校正鍍膜膜厚不均引起的誤差，并將此誤差降低到十分之一膜厚以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明膜厚誤差校正方法流程圖。
[0019] 圖2是鍍膜待測樣品三維形貌圖。
[0020] 圖3是鍍膜待測樣品三維形貌梯度最大點的剖面圖。
[0021] 圖4是與L對應(yīng)的擬合結(jié)果。
[0022] 圖5是與12對應(yīng)的擬合結(jié)果。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和具體實施例進行詳細說明，以便對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案有更 深入的理解。
[0024] 具體實施例步驟說明如下：
[0025] 步驟a、獲得鍍膜待測樣品三維形貌，具體步驟可參照專利《基于熒光共焦顯微技 術(shù)的光滑大區(qū)率樣品測量裝置與方法》，軸向掃描間隔z = 50nm，掃描層數(shù)N = 141，鍍膜待 測樣品三維形貌如圖2 ;
[0026] 步驟b、選取三維形貌梯度最大點，即剖面圖圖3中點A，將A點軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù) 歸一化，記為Ii，將其余點軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化，不失一般性，記其余任一點的數(shù)據(jù)為 工2 ;
[0027] 步驟c、以sinc4(a(xXz_b))為目標函數(shù)，利用Levenberg-Marquardt算法分別擬 合L與1 2，求得兩組a和b，第一組對應(yīng)L的最優(yōu)擬合參數(shù)，記為和h，第二組對應(yīng)12的 最優(yōu)擬合參數(shù)，記為a 2和b2，其中ai、bp a2和b2分別為0. 35、4. 30、0. 32和4. 50 ;與L對 應(yīng)的擬合結(jié)果如圖4所示，與12對應(yīng)的擬合結(jié)果如圖5所示；
[0028] 步驟 d、分別計算 1丨(n) = sincYaiXnXz)和 I2(n) = sinc4(a2XnXz)，η 為 大于 min (int (_ π / ^ X ζ))，int (_ π / (a2 X ζ)))，小于 max (int (_ π / ^ X ζ))，int (_ π / (a2Xz)))的整數(shù)，min()表示最小值，max()表示最大值，int()表示取整運算，1?與 Ι2(η)曲線分別對應(yīng)圖4與圖5中"擬合sine4曲線''；
[0029] 步驟e、將L (η)與矩形函數(shù)做卷積運算rect (n-hi)，結(jié)果記為Γ (n, hj，有： ]'(n,hi)= li(n)?rect(Cx- hi)/(2hi))，比為非0整數(shù)，也是矩形函數(shù)的偏移量，還是矩形函數(shù)的 半寬度；
[0030] 步驟f、從Γ (ηΛ)與I2(n)中提取半高以上數(shù)據(jù)，分別為13與14;
[0031] 步驟g、計算13與14的殘差res(i)，其中，與res(i)最小值對應(yīng)的比為h min = 2， 該點高度校正值為hminXz = 100nm ;
[0032] 步驟h、在待校準點測得高度值上減去100nm。
[0033] 按照上述步驟將A以外的任意一點高度進行校正，最終可得校正后的三維形貌。
[0034] 這里需要說明的是，同sinc2(a(x-b))相比，采用sinc4(a(x-b))函數(shù)為目標函數(shù) 進行擬合，對于表面平滑的樣品，測量結(jié)果對于樣品三維形貌的表達更加準確。
[0035] 本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié) 構(gòu)變化或方法改進，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟a、獲得鍍膜待測樣品三維形貌，軸向掃描間隔為z，掃描層數(shù)為N ; 步驟b、選取三維形貌梯度最大點，將該點軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化，記為Ii，將其余點 軸向響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)歸一化，記為12 ; 步驟c、以sinc4(a(xXz_b))為目標函數(shù)，利用Levenberg-Marquardt算法分別擬合L 與12，求得兩組a和b，第一組對應(yīng)L的最優(yōu)擬合參數(shù)，記為ai和h，第二組對應(yīng)12的最優(yōu) 擬合參數(shù)，記為a 2和b2 ; 步驟 d、分別計算 L (n) = sine4 ^ X η X z)和 I2 (n) = sine4 (a2 X η X ζ)，η 為大 于 min (int (_ π / ^ X ζ))，int (_ π / (a2 X ζ)))，小于 max (int (_ π / ^ X z))，int (_ π / (a2Xz)))的整數(shù)，min ()表示最小值，max ()表示最大值，int()表示取整運算； 步驟e、將I?與矩形函數(shù)做卷積運算，結(jié)果記為Γ (ηΛ)，有： l'(n,hi)= IKr^OrecKCx- h〇/(2h;))，h為非0整數(shù)，也是矩形函數(shù)的偏移量，還是矩形函數(shù)的半 覽度； 步驟f、從Γ (η，1〇與I2(n)中提取半高以上數(shù)據(jù)，分別為13與14; 步驟g、計算13與14的殘差res (i)，其中，與res (i)最小值對應(yīng)的hi記為hmin，該點高 度校正值為hminXz ; 步驟h、在待校準點測得高度值上減去hminXz。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面鍍膜共焦顯微形貌測量裝置的膜厚誤差校正方法， 其特征在于，所述的步驟f中，提取半高以上數(shù)據(jù)的【具體實施方式】為： 對于I'（ηΛ)，以Γ (nA)最大值為中心，左右各取int(N/4)個點數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)記 為13，其中，int()表示取整運算； 對于Ι2⑴，以Ι2⑷最大值為中心，左右各取int (N/4)個點數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)記為14，其 中，int()表示取整運算。
【文檔編號】G01B11/24GK104296684SQ201410616961
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉儉, 譚久彬, 劉辰光, 張賀 申請人:哈爾濱工業(yè)大學