时域空域联合调制宽光谱的微纳器件三维形貌检测方法研究

Broadband-light microscopic interferometry which has the advantages of broad measurement range, high resolution and non-contact can measure the topography of micro/nano devices in a high precision because of its low coherence. However, the application of broadband light interferometry is still limited to the highly stable measurement environment, and the method will lose the advantages when applied in an unstable system. The project proposes a method based on both spatial and frequency domain analysis will change the current technologies which only analyze the pixel individually. The proposed method combines the information of all the pixels and extracts the date of both spatial and frequency domain. With the purpose of eliminating the negative influence caused by complex measurement environment, the proposed method will develop the theory model of light distribution in the interferometry, extract the modulation of each obtained image, and resolve the relationship between phase and spatial light field. The method based on the proposed theory can improve the resolution and stability of the measurement system. The research will provide a new way to measure the topography of micro/nano devices by broadband-light microscopic interferometry and strength the development of next-generation measurement devices in China.

宽光谱显微干涉术利用其低相干性，实现对微纳器件三维形貌的高精度检测，具有大测量范围、高分辨力、非接触检测等优势。目前，基于该机理的检测方法仍然受限于高稳定的检测环境，在复杂多变的环境下无法完成高精度，高稳定性的三维形貌恢复。本项目提出时域空域联合调制宽光谱的微纳器件形貌检测方法，改变现有技术将单个像素点孤立处理的现状，充分利用干涉图中像素点之间的信息关系，结合时域，空域的宽光谱干涉信息，建立宽光谱显微干涉光场分布理论模型，提取单帧干涉图调制度信息，解析相位与三维空间光场的定量关系，从而克服复杂检测环境中不稳定因素的干扰，提高系统的测量精度和稳定性。通过本项目的研究，为宽光谱显微干涉术用于微纳器件形貌检测提供一种新的研究途径，为我国下一步微纳器件检测设备自主研发提供有力支撑。

高精度三维微纳结构表面形貌测量技术始终贯穿微纳器件的设计、制造、以及加工全过程，是微纳器件加工质量的基准，也是微纳加工技术进一步发展的重要依据。宽光谱显微干涉技术，利用宽光谱低相干性，实现对微纳器件三维形貌的高精度检测，具有大测量范围、高分辨力、非接触检测等优势，在微纳结构检测领域独树一帜。然而，受系统光源光强不稳定、外界环境光和外界振动噪声的影响，导致检测精度下降，稳定性不足。.本项目对基于时域空域联合调制宽光谱的微纳器件三维形貌检测方法进行了系统的研究，建立宽光谱显微干涉光场分布理论模型，分析空域内条纹调制度提取方式，建立相位与三维空间光场的定量关系，利用单帧干涉图时域、空域复合信息，使被测器件像素点之间关系不再孤立，充分利用单帧干涉图中像素点与像素点之间的信息关系来重建物体三维形貌信息，打破传统点对点的独立求解方式。从测量原理上讲，由于信息量的增加，基于时域空域联合调制宽光谱的微纳器件三维形貌检测方法将比传统宽光谱显微干涉术微纳器件三维形貌检测具有更高的测量精度，测量稳定性和测量重复性。.通过本项目的研究为宽光谱显微干涉术对微纳器件在线三维形貌测量的方法提供一种新的研究途径，解决现有方法在复杂环境测试中存在的测量精度偏低，抗干扰能力差，测量重复性不足等诸多问题，利用时域、空域复合信息联合调制，实现宽光谱显微干涉术的高精度，高稳定性测量，为我国下一步微纳器件检测设备自主研发提供有力支撑。