论文部分内容阅读
工业型扫描探针显微镜(SPM)需要复现微结构的全三维形貌,且要求高度的工作效率和自动化程度。其主要应用于半导体制造行业中,实现对大尺寸(4~8吋)晶圆中微结构特定区域(约几十微米)关键尺寸的检测。为提高工业SPM的检测效率和自动化程度,有必要发展相应的粗定位技术快速地寻找扫描区域。本文提出了一种基于数字图像处理的快速定位方法,首先利用自动聚焦技术使样品位于光学显微镜焦平面上,之后利用图像匹配技术寻找样品表面的定位标记(标记与待测点距离固定),最后通过坐标变换等方法得到待测点在系统坐标系下的位置,进而将待测点定位到测头下以待扫描。根据晶圆表面的特征,在自动聚焦过程中选取Robert算子作为聚焦评价函数,并以变步长爬坡算法搜索焦平面;在图像匹配过程中采用SURF算法提取标记特征,并利用双向匹配方式有效地去除误匹配点。本文围绕对待测点的粗定位技术展开研究,主要内容如下:1.回顾了扫描探针显微镜的发展历史,分析了SPM技术发展的现状及其局限性,同时指出了本课题的研究意义。2.介绍了工业SPM系统的总体设计、工作流程以及电机运动精度的标定,并提出了研究样品粗定位技术的必要性,阐述了粗定位系统的设计思路及实现路径。3.对聚焦算子的选择和焦点搜索策略的制定展开研究,探讨了适用于工业SPM的快速自动聚焦技术。通过理论和实验的比较,采用Robert算子为聚焦评价函数,并以变步长的爬坡算法搜索焦平面位置,实现了对样品表面的快速聚焦。4.利用SURF算法提取样品图像上的特征点信息,并运用双向匹配的方式与模板图像进行匹配,根据匹配结果计算样品标记的位置偏移量以及偏转角度,并可通过坐标变换得出待测点在系统坐标系中的坐标,进而实现待测点在三维空间中的定位。5.基于当前的工业SPM实验平台,设计了集成自动聚焦以及匹配定位功能的上位机控制软件。通过实验证明,采用本方法实现粗定位耗时小于30s,定位不确定度小于8μm。