工業(yè)型掃描探針顯微平臺(tái)樣品粗定位技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)型掃描探針顯微鏡(SPM)需要復(fù)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的全三維形貌，且要求高度的工作效率和自動(dòng)化程度。其主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸(4~8吋)晶圓中微結(jié)構(gòu)特定區(qū)域(約幾十微米)關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)。為提高工業(yè)SPM的檢測(cè)效率和自動(dòng)化程度，有必要發(fā)展相應(yīng)的粗定位技術(shù)快速地尋找掃描區(qū)域。本文提出了一種基于數(shù)字圖像處理的快速定位方法，首先利用自動(dòng)聚焦技術(shù)使樣品位于光學(xué)顯微鏡焦平面上，之后利用圖像匹配技術(shù)尋找樣品表面的定位標(biāo)記(標(biāo)記與待測(cè)點(diǎn)距離固

2、定)，最后通過(guò)坐標(biāo)變換等方法得到待測(cè)點(diǎn)在系統(tǒng)坐標(biāo)系下的位置，進(jìn)而將待測(cè)點(diǎn)定位到測(cè)頭下以待掃描。根據(jù)晶圓表面的特征，在自動(dòng)聚焦過(guò)程中選取Robert算子作為聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，并以變步長(zhǎng)爬坡算法搜索焦平面；在圖像匹配過(guò)程中采用SURF算法提取標(biāo)記特征，并利用雙向匹配方式有效地去除誤匹配點(diǎn)。本文圍繞對(duì)待測(cè)點(diǎn)的粗定位技術(shù)展開(kāi)研究，主要內(nèi)容如下：
　　1.回顧了掃描探針顯微鏡的發(fā)展歷史，分析了SPM技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及其局限性，同時(shí)指出了本課題的研

3、究意義。
　　2.介紹了工業(yè)SPM系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、工作流程以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)精度的標(biāo)定，并提出了研究樣品粗定位技術(shù)的必要性，闡述了粗定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)路徑。
　　3.對(duì)聚焦算子的選擇和焦點(diǎn)搜索策略的制定展開(kāi)研究，探討了適用于工業(yè)SPM的快速自動(dòng)聚焦技術(shù)。通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)的比較，采用Robert算子為聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，并以變步長(zhǎng)的爬坡算法搜索焦平面位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品表面的快速聚焦。
　　4.利用SURF算法提取樣品圖像上的特征