本發(fā)明屬于光學干涉測量，特別涉及一種半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測方法。

背景技術：

1、隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，工作面為非連續(xù)表面的部件越來越多，對非連續(xù)面的平面度檢測的需求也越來越多。例如，用于夾持晶圓的真空吸盤被廣泛應用在光刻以及檢測設備中，而為減小灰塵對晶圓夾持的影響，真空吸盤通常被設計成非連續(xù)的表面，包括針形以及環(huán)形。真空吸盤吸附晶圓后晶圓的平面度越低，越有利于對晶圓進行光刻以及檢測。因此，需要能夠使用激光干涉儀高效檢測非連續(xù)表面的技術來檢測真空吸盤表面的平面度。非連續(xù)表面的特征為在兩個具有明確邊界的面之間不存在能夠進行干涉檢測的有效數據點。

2、對于激光干涉檢測平面度，其關鍵就是將包含待測物相對高度信息的相位提取出來，而相位信息素通過反三角函數計算得到的，相位值被截斷在（－π，π）之間，即包裹相位。要進行吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測，就需要進行非連續(xù)面相位解包裹。

3、在光學干涉測量中，相位解包裹技術能夠精確地測量光波的相位變化，從而得到物體表面的三維形狀信息。

4、目前的相位解包裹方法分為路線相關和路線無關兩類，目前路線相關的相位解包裹算法多采用識別相位突變邊界、邊界之間相位抬升的方法，在面對非連續(xù)面相位解包裹時只能進行局部的連續(xù)表面的相位解包裹，在非連續(xù)邊界處會被截斷，無法進行整個面的相位解包裹；路線無關的相位解包裹方法多采用最小二乘法，耗時長且精度有限。

5、中國專利cn115456991a公開了一種基于相位梯度加權移動平均校正的離散余弦解包裹算法，其通過計算x方向與y方向的相位梯度加權移動平均值作為相位梯度校正值，校正由于噪聲而導致的相位梯度與真實值相差較大的相位梯度，提供了一種能夠克服在包裹相位存在較多噪聲的情況下，也可以準確且快速地將相位進行展開的方法。該發(fā)明提到的離散余弦解包裹概念指一種變換方法，并非指非連續(xù)表面。

6、中國專利cn107202550a公開了一種基于最小二乘法相位解包裹圖的方法，其通過最小二乘法建立m×n矩形圖像上的離散泊松方程，將進行二次剪切后二維包裹圖像四個方向上的一階差分帶入泊松方程中，并離散余弦變換（dct）求解泊松方程，以此得到包裹圖像的真實相位φ。其針對的測量對象是連續(xù)表面的相位，難以實現(xiàn)非連續(xù)面的相位解包裹。

7、yang?x,?hu?h,?xue?d,?et?al.?discontinuous?phase?unwrapping?based?onthe?minimization?of?zernike?gradient?polynomial?residual[j].?optics?express,2022,?30(26):?47992-48003。提出了一種基于最小化澤尼克梯度多項式殘差的方法來估計分段誤差并糾正錯誤的相位展開結果。該方法可以在復雜像差形式和各種遮擋下精確獲得段高度誤差，具有可靠的實用性，完成了非連續(xù)面的相位解包裹，但該方法針對的非連續(xù)面?zhèn)€數很少，無法完成具有大量非連續(xù)表面的吸盤的平面度檢測。

8、綜上所述，現(xiàn)有技術仍然無法精準快速的完成具有大量非連續(xù)表面的吸盤的平面度檢測。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測方法，對半導體吸盤非連續(xù)表面平面度進行大范圍精準快速檢測，并具有正確率高、穩(wěn)定性強、可以同時處理大量非連續(xù)表面的非連續(xù)面相位解包裹方法的特點。

2、本發(fā)明提供了一種半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測方法，包括如下步驟：

3、s1：篩選有效數據點；由單波長激光平面干涉儀獲取半導體吸盤非連續(xù)表面的干涉圖像，經灰度處理生成待處理的相位數據信息，并通過對亮度變化量設置閾值進行有效數據點的篩選，保留篩選的有效數據點，將有效數據點建立二值化有效數據篩選矩陣；

4、s2：非連續(xù)面相位計算；通過九步平均法將有效數據點的包裹相位計算出來；

5、s3：數據離散二值化；將包裹相位計算出來的數據離散化到三維空間并進行二值化，得到二值化三維矩陣；

6、s4：數據疊放、形態(tài)學膨脹與連通；將二值化三維矩陣在三維坐標系中進行多次疊放，對疊放后的二值化三維矩陣的有效數據點進行三維形態(tài)學膨脹與連通，形成若干連通體；

7、s5：連通體篩選與逆離散化；通過所含有效數據點數目將若干連通體中最大的連通體篩選出來，并進行逆離散化處理，得到初步解包裹相位；

8、s6：系統(tǒng)誤差消除；以有效數據點建立的二值化有效數據篩選矩陣的包裹相位為基準，計算出在數據離散二值化中引入的系統(tǒng)相位誤差，并將其從初步解包裹相位中消除，得到解包裹相位；

9、s7：合理性檢驗與處理；利用解包裹相位計算得到吸盤表面的平面度，以激光干涉儀干涉圖中的亮或暗條紋數為標準進行合理性檢驗；當結果合理時，則解包裹相位得到的平面度檢測結果作為半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測結果；當數據不合理時，則重新進行數據篩選或對二值化三維矩陣做腐蝕處理，重新進行相位解包裹，重新計算半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測結果。

10、本發(fā)明半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測方法應用于平面度檢測系統(tǒng)，且平面度檢測系統(tǒng)與電子計算機通信連通。

11、本發(fā)明解包裹的非連續(xù)表面為任意在兩個具有明確邊界的面之間不存在能夠進行干涉檢測的有效數據點的非連續(xù)表面。

12、優(yōu)選地，所述步驟s1包括如下步驟：

13、通過單波長激光平面干涉儀獲取九幅有m×n個像素點且每幅圖與上一幅圖之間相位差為π/2的干涉圖像，經灰度處理生成待處理的相位數據信息，并通過對亮度變化量設置閾值進行有效數據點的篩選；

14、所述亮度變化量計算公式如下：

15、????(1)，

16、其中，為像素點的坐標，為像素點的亮度，為像素點在九幅相位圖中的亮度變化量極值；

17、所述二值化有效數據篩選矩陣計算公式如下：

18、???(2)，

19、其中，為二值化篩選矩陣，f為亮度變化量篩選閾值；

20、所述有效數據點篩選計算公式如下：

21、????(3)，

22、其中，為篩選后的有效數據點亮度，為篩選后的有效像素點的亮度。

23、優(yōu)選地，所述步驟s2包括如下步驟：

24、將篩選的數據點通過九步平均法得到包裹相位數據；

25、所述包裹相位數據計算公式如下：

26、???(4)，

27、其中，為包裹相位數據，為步驟s1得到的篩選后的有效數據點亮度。

28、優(yōu)選地，所述步驟s3包括如下步驟：

29、將包裹相位數據進行二值離散化，得到二值化相位矩陣；將二值化相位矩陣數據分成l層，即每層高度為2π/l，二值化并離散化到三維數據空間，有效數據點為1，無效數據點為0，得到三維二值化矩陣bw(x,y,z)。

30、優(yōu)選地，所述步驟s4包括如下步驟：

31、將二值離散化相位矩陣進行疊放，得到三維二值化矩陣bw1(x,y,z)并通過形態(tài)學三維膨脹進行連通，生成若干個連通體；

32、所述生成若干個連通體計算公式如下：

33、?????(5)，

34、其中，s為球形結構元素，其半徑決定兩層疊放的二值化矩陣的連通；的產生過程為將s放置于的坐標點(x,y,z)，當此處s與的交集不為空集時，則;當此處s與的交集為空集時，則。

35、優(yōu)選地，所述步驟s5包括如下步驟：

36、通過所含有效數據點數目篩選出最大的連通體，并進行逆離散化運算得到初始解包裹相位；有效數據點數目為有效數據點的個數；

37、所述最大的連通體計算公式如下：

38、??????(6)，

39、其中，為最大的連通體，為有效數據點數目；

40、所述初始解包裹相位計算公式如下：

41、??????(7)，

42、其中，為逆離散化運算得到的初始解包裹相位分布。

43、優(yōu)選地，所述步驟s6包括如下步驟：

44、計算出離散化運算造成的系統(tǒng)誤差，并去除該誤差，得到解包裹后的相位信息，其計算公式如下：

45、<mi>φ</mi><mi>x,y</mi></mfenced><mi>=</mi><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?mod[</mi><mrow><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?</mi><msub><mi>φ</mi><mn>1</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced></mrow></mfenced><mi>,2π]</mi>???(8)，

46、其中，<mi>mod[</mi><mrow><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?</mi><msub><mi>φ</mi><mn>1</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced></mrow></mfenced><mi>,2π]</mi>為步驟s2中離散化過程產生的系統(tǒng)誤差，為去除此系統(tǒng)誤差后得到的解包裹相位分布。

47、優(yōu)選地，所述步驟s7包括如下步驟：

48、利用去除系統(tǒng)誤差后得到的相位分布，計算出消除系統(tǒng)誤差后的面型與其pv值；

49、所述消除系統(tǒng)誤差后的面型計算公式如下：

50、???????(9)，

51、其中，為消除系統(tǒng)誤差后的面型，為去除此系統(tǒng)誤差后得到的解包裹相位分布，為所用激光干涉儀的激光波長；

52、所述pv值的計算公式為：

53、??????????(10)，

54、其中，為消除系統(tǒng)誤差后的面型；

55、將其pv與干涉條紋數與1/2波長相乘的數值大小m做比對，當pv<m時,則將作為半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測結果；當pv>m時，重新進行步驟s1所述的有效數據篩選過程，或對步驟s2所述的二值離散化相位數據做腐蝕處理，重新進行相位解包裹完成半導體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測。

56、本發(fā)明具有以下技術效果：

57、1、利用單波長激光平面干涉儀高效準確完成半導體吸盤非連續(xù)表面的數據采集，通過二值離散化的相位在三維疊放后兩層相位突變截斷處相位數據距離相近的思想，利用三維形態(tài)學方法同時完成大量非連續(xù)面的相位解包裹，以此高效率、高精度地得到物體表面的三維形狀信息，通過對系統(tǒng)誤差消除，并進行合理性檢驗與處理，實現(xiàn)精準快速的半導體吸盤非連續(xù)表面平面度的干涉檢測。

58、2、可以同時處理大量非連續(xù)表面的檢測，能夠對半導體吸盤非連續(xù)表面平面度進行大范圍精準快速檢測，并具有正確率高、穩(wěn)定性強、檢測精度高、檢測效率高、檢測范圍大的特點，在檢測過程中無需進行測量數據拼接。