Investigació sobre la detecció de formes tridimensionals del microscopi d'il·luminació interferomètrica de llum no paral·lela
El ràpid desenvolupament de la fabricació de maquinària i la indústria electrònica ha plantejat requisits més elevats per a la tecnologia de detecció de morfologia microscòpica. Actualment, la detecció de forma tridimensional es pot dividir en dues categories: de contacte i sense contacte. El mètode de contacte es refereix principalment al mètode del llapis. El seu principi és convertir el petit desplaçament en la direcció vertical del llapis en un senyal elèctric i amplificar-lo, per tal d'obtenir la distribució de la forma tridimensional de la superfície de detecció. Els mètodes de detecció sense contacte inclouen principalment el mètode d'enfocament del feix, el mètode de projecció de llum estructurada i l'interferometria. El mètode d'enfocament del feix utilitza el punt de llum enfocat com a sonda òptica per escanejar la superfície de detecció per obtenir dades tridimensionals. Aquest mètode pot realitzar la detecció tridimensional de contorns complexos, però la velocitat de mesura és lenta. La interferometria i els mètodes de projecció de llum estructurada detecten contorns superficials resolent deformacions de franges, on l'interferometria utilitza el principi de coherència de fibra o coherència del feix paral·lel, inclosa la interferometria làser i la interferometria d'exploració de llum blanca. Quan s'utilitza coherència de fibra òptica, ha de cooperar amb la lent de l'objectiu amb una gran distància de treball, la qual cosa limita l'ampliació de la lent de l'objectiu. L'interferometria d'exploració de llum blanca utilitza llum blanca d'ampli espectre com a font d'il·luminació i utilitza el principi de coherència del feix paral·lel. L'error d'una sola mesura es troba a 20 nm. Informació com el contrast i la intensitat de la llum determinen la profunditat absoluta de la superfície que es mesura. El mètode de projecció de llum estructurada evita l'ús de dispositius d'escaneig i té la velocitat de reconstrucció més ràpida. Tanmateix, quan hi ha un angle entre el pla de projecció i el pla de l'escenari, s'ha de corregir el període de marge, de manera que aquest mètode no és adequat per a la morfologia de precisió de nivell submicro. Mesurament En aquest article, es combinen els avantatges del mètode de projecció de llum estructurada i el mètode d'interferometria de llum paral·lela, el feix de llum es difracta pel modulador de llum espacial i s'utilitzen dos ordres de difracció amb una intensitat de llum propera per interferir per generar franges. Ajusta la fase de franges. Com que s'evita l'ús de dispositius d'escaneig i plans de referència, el mètode proposat no requereix l'ús d'objectius d'interferència i no té cap limitació a l'obertura numèrica dels objectius utilitzats, el procés de reconstrucció és ràpid i es pot aconseguir una resolució lateral més alta. A més, atès que les franges es generen per interferència del feix de llum, la fase es distribueix linealment amb les coordenades dels píxels i no hi ha cap fenomen de canvis periòdics de franges en el mètode de projecció. Finalment, aquest article utilitza el mòdul de comparació de rugositat amb Ra de 100 nm com a mostra provada per dur a terme experiments. El mètode de canvi de fase de quatre passos s'utilitza per obtenir el núvol de punts tridimensional a la superfície de la mostra provada. L'alçada relativa real entre punts.
Camí de llum experimental
És el diagrama de la trajectòria de la llum del microscopi d'il·luminació d'interferència de llum no paral·lela proposat en aquest article. El feix làser entra al prisma de divisió del feix del microscopi a través de l'expansor de feix L3, el modulador de llum espacial i la lent d'enfocament L2, formant el camí de la llum d'il·luminació del sistema de microscopi. El modulador de llum espacial pot modular l'amplitud de la llum incident segons la imatge carregada. Quan la imatge carregada és una franja, la seva funció és equivalent a una reixa reflectora, ajustant la desviació del modulador de llum espacial de manera que dos feixos de llum difractada amb intensitats lluminoses similars entren al prisma dicroic, després de ser enfocats per la lent de l'objectiu del microscopi, interfereix amb la superfície de la mostra mesurada per formar franges d'interferència.
El modulador de llum espacial és el dispositiu bàsic del sistema, i el període i la fase de la franja es poden modular amb precisió canviant el patró de la franja carregat durant l'experiment. Normalment, per millorar la precisió lateral del núvol de punts de reconstrucció 3D, cal ajustar el període de marge per apropar-lo a la resolució lateral del microscopi. En aquest moment, l'angle d'interferència màxim dels dos feixos es pot calcular a partir de l'obertura numèrica NA de la lent de l'objectiu.
Segons els paràmetres de la lent objectiu del microscopi utilitzat al sistema (100 , NA=0.8), l'angle d'interferència màxim dels feixos dobles és de 106 graus i la resolució del sistema calculada pel criteri de Rayleigh és de 406 nm. A l'experiment, el període de marge mínim que es pot ajustar és de 452 nm, cosa que indica que dins d'un període de marge, hi ha una relació corresponent entre el canvi de fase i l'alçada d'almenys un punt de píxel, és a dir, la precisió lateral de la reconstrucció. núvol de punts és de 452 nm, que és proper a la resolució d'imatge del sistema. A causa del petit període de serrell, la deformació de la franja és més sensible que la de la franja de període gran, de manera que té una precisió axial més alta. Pel que fa a l'ajust de fase, la interferometria d'escaneig de llum blanca ha de moure la lent de l'objectiu d'interferència en la direcció axial amb l'ajuda d'un dispositiu piezoelèctric i, a continuació, ajustar la fase calibrant la diferència de camí òptic zero a cada imatge d'escaneig, de manera que hi ha un cert error en el valor de fase. Al nostre sistema, l'ajust de fase es realitza controlant els píxels del modulador de llum espacial sense dispositiu d'escaneig, de manera que té una precisió d'ajust de fase més alta. Sobre aquesta base, s'utilitza el mètode de canvi de fase per calcular el valor de modulació de fase de cada punt de la imatge. Els resultats de la reconstrucció 3D amb una alta resolució lateral es poden obtenir amb l'algorisme de reconstrucció més ràpid.
algorisme de reconstrucció
En aquest article, s'utilitza el mètode de canvi de fase de quatre passos per reconstruir el contorn tridimensional de la mostra mesurada, que es divideix en tres passos: preprocessament d'imatges, extracció d'imatges de modulació de fase i filtrat de punts de soroll. A continuació es pren el mòdul de comparació de rugositat amb Ra=100nm com a mostra per explicar l'algorisme utilitzat en cada pas. 2.1 Preprocessament d'imatges Atès que el sistema d'imatge utilitza il·luminació làser, la influència de la taca del làser en el patró d'interferència és inevitable. En el procés de preprocessament de les franges d'interferència, aquest document utilitza un filtre el·líptic de pas baix, de manera que el radi de filtratge al llarg de la direcció de la franja en el domini de la freqüència de la imatge és el doble que la direcció vertical de les franges. El patró de serrell apareix com a dos punts brillants simètrics al centre en el domini de la freqüència, i la direcció de la línia de connexió entre els dos punts és perpendicular a la direcció de la franja i la direcció de la línia de connexió s'estableix com a eix llarg de l'el·lipse. Com que el període de marge s'acosta a la resolució de la imatge, l'eix principal està configurat per ser el doble de la distància de 2 punts brillants, i l'eix menor és igual a la distància de 2 punts. Aquest disseny pot reduir, d'una banda, l'impacte del soroll de taques a la solució de fase relativa i, d'altra banda, pot evitar que la informació de modulació del patró d'interferència es filtri tant com sigui possible. Es mostren els resultats del processament amb els mètodes de filtrat isotròpic i anisòtrop, la comparació pot reduir el soroll de la imatge al llarg de la direcció de la franja, alhora que conserva la deformació de la franja.
