基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量-论文.pdf

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1、第34卷第2期光学学报Vo1．34，No．22014年2月ACTAOPTICASINICAFebruary，2014基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量郭彤李峰倪连峰陈津平傅星胡小唐(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072)摘要微结构的表面形貌会显著地影响微纳器件的使用性能及产品质量，是微纳测试领域的一个重要研究方面，利用白光干涉技术是测量物体表面形貌的一种常见方法。区别于常用的CCD黑白相机，使用CCD彩色相机采集白光干涉条纹的彩色图像，使获取的图像包含了R、G、B三个通道的信息。利用小波变换法分别求解出在不同扫描位置处R、G、B通

2、道的相位信息，通过建立的评价函数，并结合最小二乘法可精确确定零光程差的位置，利用相对高度和零光程差位置的线性关系，进而得到物体的表面形貌。通过仿真以及实际测量由VIsI标准公司制造的标准台阶结构，验证了所提出方法的有效性。关键词测量；白光干涉；表面形貌；彩色图像；小波变换；微结构中图分类号0436．1文献标识码Adoi：10．3788／AOS201434．0212003MicrostructureSurfaceTopographyMeasurementBasedonColorImagesofWhiteLightInterferometryGuoTongLiF

3、engNiLianfengChenJinpingFuXingHuXiaotang(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，TianjinUniversity，Tianji他300072，China)AbstractMicr0structuresurfacetopographyisakeyaspectofmicro-nanomeasuringresearchforithasanobviousinfluenceontheperformanceandqualityofmicro—

4、nanodevices．Whitelightinterferometryisacommonmethodoftestingsurfaceprofiling．AcolorCCDcamera，ratherthanablack—and—whiteCCDcamera，isutilizedtoacquirewhitelightinterferenceimages，whichcontaininformationofRGBchannels．BasedonacquiredCOlOrinterferenceimages，wavelettransformmethodisemplo

5、yedtocalculatephasevalueofcorrespondingchannelineachscanningposition．Thenzero-optical·-path-differencepositionsareaccuratelydeterminedviaaconstructedevaluationfunctionandleastsquaremethod．Surfacetopographyiseventuallyobtainedvialinearrelationshipbetweentherelativeheightandthezero—o

6、ptical—path-differenceposition．TheproposedmethodisverifiedbysimulationandexperimentofmeasuringstandardstepprovidedbyVLSIStandardsIncorporated．Keywordsmeasurement；whitelightinterferometry；surfacetopography；colorimage；wavelettransform；microstructureOCIScodes120．3180；080．4035：150．1835

7、1引言据_4]。因而，微结构表面形貌的精密测量具有重要意义。在微纳制造领域，微纳器件的表面形貌对系统的可靠性和质量影响显著口]。例如，微机电系统在微纳测试领域，白光干涉测量技术是一种重(MEMS)电容器两平行极板的表面形貌会显著影要的非接触式测量方法。在测试过程中，该技术不构成对被测物体表面的损伤，还具有测量范围大、测响电容器的电容值、电压值、电场分布等机电特性，进而影响到MEMS电容器件的性能和成品率_2_”]。试精度高的优点]。针对白光干涉信号处理的算此外，微纳器件的表面形貌可以反映出加工过程中法主要分为两种：1)通过分析白光干涉信号的光强的工艺参数，是

8、对加工过程进行监控、诊断的重要依分布，获得被测物体的