晶圆精密视觉检测仪中的相位去包裹算法

摘要

精密视觉检测仪在尖端晶圆生产工艺中具有极其重要的位置,其中利用共光路移相干涉原理组成的显微系统因其简单的结构和很强的抗干扰能力,被广泛应用在各大领域微细加工表面形貌的测量。然而,使用移相干涉术的系统在相位提取中会因为反正切函数引入的相位截断,使得图形不连续,无法恢复正确的表面形貌。相位去包裹算法(Phase Unwrapping Algorithm)就是用来修正这个误差,将相位值正确展开获得连续表面变化的一种算法。目前主流的去包裹算法主要分为路径跟踪算法和路径无关算法,但是这些算法只能用在表面连续或者起伏度较小的样品上,而对于噪声较大、表面形貌不连续的样品就会产生较大的误差。对此,针对本实验室自主研发的共光路微分移相干涉视觉检测仪需设计一种能够克服以上缺点的相位去包裹算法。
　　本文将搭建基于弱相干光源(Light Emitting Diode, LED)照明的测量系统。LED发射的光束经准直和滤波,相干性会得到一定改善,由此获得的部分相干光不仅可以满足干涉测量的条件,而且被散射的杂散光不会产生干涉,很好地抑制相干噪声及散斑噪声,提高系统的测量精度。提出一种新的相位去包裹算法。为了提高系统的抗噪性而又保持相位截断情况,采用改进的正余弦滤波改善相位图质量。然后使用图像分割的办法划出无效数据点,用邻域差值积分法找出残差点,再生成相位导数质量图,根据像素点的优先级用洪水填充法进行去包裹运算。这种新的相位去包裹算法将分割线算法和质量图导向算法有效结合,可以有效抑制噪声,而且对于表面不连续的样品也同样适用。然后将图像处理过程设计成用户操作界面,满足所提出的可视性和实时性要求。分别对计算机模拟数据和实验室测量数据进行计算,首先验证LED相较激光对于噪声的抑制作用,然后验证新算法的适用性和优越性,根据恢复的表面形貌结果进一步给出系统参数。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2 表面形貌的光学测量方法概述

1.3 去包裹算法简介

1.4 本论文主要研究内容

第2章 IC晶圆精密立体视觉检测仪原理与系统设计

2.1照明单元

2.2剪切单元

2.3移相单元

2.4检测仪结构图

2.5本章小结

第3章 相位去包裹算法

3.1相位去包裹的数学描述

3.2相位去包裹分类

3.3基于识别残差点的正余弦滤波质量导向去包裹算法

3.4 本章小结

第4章 表面形貌恢复图像处理研究

4.1 图像预处理

4.2 相位提取

4.3 表面形貌复原算法

4.4 系统流程和GUI设计

4.5 本章小结

第5章 测试结果及误差分析

5.1 算法模拟试验结果

5.2 新算法实验测试结果

5.3 系统性能分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

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