بحث في الكشف عن الأشكال ثلاثية الأبعاد لمجهر الإضاءة المتداخل الضوئي غير المتوازي
أدى التطور السريع في صناعة الآلات وصناعة الإلكترونيات إلى وضع متطلبات أعلى لتكنولوجيا الكشف عن التشكل المجهري. في الوقت الحاضر ، يمكن تقسيم اكتشاف الشكل ثلاثي الأبعاد إلى فئتين: الاتصال وعدم الاتصال. تشير طريقة الاتصال بشكل أساسي إلى طريقة القلم. مبدأها هو تحويل الإزاحة الصغيرة في الاتجاه الرأسي للقلم إلى إشارة كهربائية وتضخيمها ، وذلك للحصول على توزيع الشكل ثلاثي الأبعاد لسطح الكشف. تتضمن طرق الكشف عن عدم التلامس بشكل أساسي طريقة تركيز الحزمة وطريقة الإسقاط الضوئي المنظم وقياس التداخل. تستخدم طريقة تركيز الحزمة بقعة الضوء المركزة كمسبار ضوئي لمسح سطح الكشف للحصول على بيانات ثلاثية الأبعاد. يمكن أن تؤدي هذه الطريقة الكشف ثلاثي الأبعاد عن الكفافات المعقدة ، لكن سرعة القياس بطيئة. تكتشف طرق قياس التداخل وإسقاط الضوء المنظم ملامح السطح عن طريق حل تشوهات الأطراف ، حيث يستخدم قياس التداخل مبدأ تماسك الألياف أو تماسك الحزمة المتوازية ، بما في ذلك قياس التداخل بالليزر وقياس التداخل بمسح الضوء الأبيض. عند استخدام تماسك الألياف الضوئية ، يجب أن تتعاون مع العدسة الشيئية بمسافة عمل كبيرة ، مما يحد من تكبير العدسة الشيئية. يستخدم قياس التداخل بمسح الضوء الأبيض الضوء الأبيض واسع الطيف كمصدر للإضاءة ويستخدم مبدأ تماسك الحزمة المتوازية. خطأ قياس واحد في حدود 20 نانومتر. تحدد معلومات مثل التباين وشدة الضوء العمق المطلق للسطح الذي يتم قياسه. تتجنب طريقة الإسقاط الضوئي المنظم استخدام أجهزة المسح وتتمتع بأسرع سرعة لإعادة البناء. ومع ذلك ، عندما تكون هناك زاوية بين مستوى الإسقاط ومستوى المرحلة ، يجب تصحيح فترة الهامش ، لذا فإن هذه الطريقة غير مناسبة للتشكيل الدقيق على مستوى دون الميكرون. القياس في هذا البحث ، يتم الجمع بين مزايا طريقة الإسقاط الضوئي المهيكل وطريقة قياس التداخل للضوء المتوازي ، وينحرف شعاع الضوء بواسطة مُعدِّل الضوء المكاني ، ويتم استخدام أمرين للحيود مع شدة ضوء قريبة للتدخل لإنشاء هامش. يضبط المرحلة الهامشية. نظرًا لأنه يتم تجنب استخدام أجهزة المسح والطائرات المرجعية ، فإن الطريقة المقترحة لا تتطلب استخدام أهداف التداخل وليس لها قيود على الفتحة الرقمية للأهداف المستخدمة ، وعملية إعادة البناء سريعة ، ويمكن تحقيق دقة جانبية أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الهوامش يتم إنشاؤها بواسطة تداخل الحزمة الضوئية ، يتم توزيع المرحلة خطيًا مع إحداثيات البكسل ، ولا توجد ظاهرة تغييرات هامشية دورية في طريقة الإسقاط. أخيرًا ، يستخدم هذا البحث وحدة مقارنة الخشونة مع Ra 100nm كعينة مختبرة لإجراء التجارب. تُستخدم طريقة إزاحة الطور ذات الأربع خطوات للحصول على سحابة نقطية ثلاثية الأبعاد على سطح العينة المختبرة. الارتفاع النسبي الحقيقي بين النقاط.
مسار الضوء التجريبي
إنه مخطط مسار الضوء لمجهر إضاءة التداخل الضوئي غير المتوازي المقترح في هذه الورقة. يدخل شعاع الليزر منشور تقسيم الحزمة من المجهر من خلال موسع الحزمة L3 ، ومعدل الضوء المكاني وعدسة التركيز L2 ، مما يشكل مسار ضوء الإضاءة لنظام المجهر. يمكن لمعدّل الضوء المكاني تعديل سعة الضوء الساقط وفقًا للصورة التي تم تحميلها. عندما تكون الصورة التي تم تحميلها هامشية ، فإن وظيفتها تعادل محزوز عاكس ، وتعديل انحراف مُعدِّل الضوء المكاني بحيث يدخل شعاعتان من الضوء المنعرج مع شدة الضوء المتشابهة إلى المنشور ثنائي اللون ، بعد التركيز بواسطة عدسة المجهر الموضوعية ، يتداخل مع سطح العينة المقاسة لتشكيل هامش تداخل.
مُعدِّل الضوء المكاني هو الجهاز الأساسي للنظام ، ويمكن تعديل فترة وطور الحافة بدقة عن طريق تغيير نمط الهامش الذي تم تحميله أثناء التجربة. عادة ، من أجل تحسين الدقة الجانبية لسحابة نقطة إعادة الإعمار ثلاثية الأبعاد ، من الضروري ضبط الفترة الهامشية لجعلها قريبة من الدقة الجانبية للمجهر. في هذا الوقت ، يمكن حساب أقصى زاوية تداخل بين الشعاعين من الفتحة العددية NA للعدسة الشيئية.
وفقًا لمعلمات عدسة المجهر الموضوعية المستخدمة في النظام (100 ، NA =0. 8) ، فإن أقصى زاوية تداخل للحزم المزدوجة هي 106 درجة ، ودقة النظام المحسوبة بمعيار رايلي هي 406 نانومتر. في التجربة ، الحد الأدنى لفترة الهامش التي يمكن تعديلها هو 452 نانومتر ، مما يشير إلى أنه خلال فترة هامشية ، توجد علاقة مقابلة بين إزاحة الطور وارتفاع نقطة بكسل واحدة على الأقل ، أي الدقة الجانبية لإعادة بنائها تبلغ مساحة سحابة النقاط 452 نانومتر ، وهي قريبة من دقة التصوير للنظام. نظرًا لصغر فترة الهامش ، يكون تشوه الحافة أكثر حساسية من هامش الفترة الكبيرة ، لذلك فهي تتمتع بدقة محورية أعلى. فيما يتعلق بضبط المرحلة ، يحتاج قياس التداخل الماسح للضوء الأبيض إلى تحريك العدسة الموضوعية للتداخل في الاتجاه المحوري بمساعدة جهاز كهرضغطية ، ثم تلائم المرحلة بمعايرة اختلاف المسار البصري الصفري في كل صورة مسح ، لذلك هناك خطأ معين في قيمة المرحلة. في نظامنا ، يتم تحقيق ضبط الطور من خلال التحكم في البكسل على مغير الضوء المكاني بدون جهاز مسح ضوئي ، لذلك يتمتع بدقة ضبط أعلى للطور. على هذا الأساس ، تُستخدم طريقة إزاحة الطور لحساب قيمة تعديل الطور لكل نقطة على الصورة. يمكن الحصول على نتائج إعادة الإعمار ثلاثية الأبعاد بدقة جانبية عالية باستخدام خوارزمية إعادة الإعمار الأسرع.
خوارزمية إعادة الإعمار
في هذا البحث ، تم استخدام طريقة إزاحة الطور المكونة من أربع خطوات لإعادة بناء المحيط ثلاثي الأبعاد للعينة المقاسة ، والذي ينقسم إلى ثلاث خطوات: المعالجة المسبقة للصورة ، واستخراج صورة تعديل الطور ، وتصفية نقطة الضوضاء. سيأخذ ما يلي وحدة مقارنة الخشونة مع Ra =100 نانومتر كعينة لشرح الخوارزمية المستخدمة في كل خطوة. 2.1 المعالجة المسبقة للصور نظرًا لأن نظام التصوير يستخدم إضاءة الليزر ، فإن تأثير بقعة الليزر على نمط التداخل أمر لا مفر منه. في عملية المعالجة المسبقة لأطراف التداخل ، تستخدم هذه الورقة مرشح تمرير منخفض بيضاوي الشكل ، بحيث يكون نصف قطر الترشيح على طول اتجاه الهامش في مجال تردد الصورة ضعفي الاتجاه الرأسي للأطراف. يظهر نمط الهامش على هيئة نقطتين ساطعتين متماثلتين المركز في مجال التردد ، ويكون اتجاه خط التوصيل بين النقطتين عموديًا على اتجاه الهامش ، ويتم تعيين اتجاه خط التوصيل كمحور طويل لـ القطع الناقص. نظرًا لأن الفترة الهامشية قريبة من دقة الصورة ، يتم تعيين المحور الرئيسي ليكون ضعف مسافة نقطتين ساطعتين ، ويكون المحور الثانوي مساويًا لمسافة نقطتين. يمكن لمثل هذا التصميم أن يقلل من تأثير ضوضاء البقع في حل الطور النسبي من ناحية ، ومن ناحية أخرى ، يمكن أن يتجنب ترشيح معلومات التعديل في نمط التداخل قدر الإمكان. تظهر نتائج المعالجة وفقًا لطرق التصفية متباينة الخواص ومتباينة الخواص ، يمكن أن تقلل المقارنة من ضوضاء الصورة على طول اتجاه الهامش ، مع الاحتفاظ بتشوه الهامش.
