專利名稱：一種單幅封閉條紋相位提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻對準(zhǔn)中單幅封閉條紋相位提取方法，屬于干涉測量范圍。
背景技術(shù)：
近年來，納米技術(shù)得到快速發(fā)展并已被廣泛應(yīng)用，正日益成為本世紀(jì)備受關(guān)注的 前沿領(lǐng)域。作為納米技術(shù)的基礎(chǔ)，納米器件的制造對高分辨力光刻技術(shù)的需求越來越迫切。 另外，隨著高集成度電路以及相關(guān)器件的研發(fā)，IC特征尺寸愈來愈小，對光刻分辨力要求也 越來越高。如何提高光刻的分辨力成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。光刻對準(zhǔn)技術(shù)作為光刻的三 大核心技術(shù)之一，是影響光刻分辨力的重要因素之一，提高對準(zhǔn)精度是提高光刻分辨力的 一個重要途徑?；诠鈻耪{(diào)制空間相位成像的納米級對準(zhǔn)方法，理論上能達(dá)到較高的對準(zhǔn) 精度且具有最好的抗干擾能力，條紋圖像空間相位差信息的提取是該方法一個必需且重要 的環(huán)節(jié)，也是直接影響系統(tǒng)對準(zhǔn)精度和效率的關(guān)鍵因素。針對光學(xué)干涉條紋圖像，相移法、歸一化相位跟蹤(RPT)方法、傅里葉變換方法、 窗口傅里葉變換方法等是幾種比較典型的相位分析方法。其中相移法通過幾幅與原圖像有 關(guān)的相移圖像來提取相位信息，算法簡單、速度快，然而相移過程常常引入的較大誤差及實(shí) 際應(yīng)用中難以獲取相移圖像的弱點(diǎn)限制了該方法的廣泛應(yīng)用；RPT方法則是將條紋圖看作 一個具有特定分布的相位場，建立相應(yīng)的關(guān)于每個像素處相位和頻率值的能量函數(shù)模型， 根據(jù)該模型用迭代方法逼近、估計圖像的相位和頻率信息，可獲取平滑的相位場，然而復(fù)雜 的模型及參數(shù)人為控制成為該方法的不足；傅立葉變換方法對圖像作整體頻域處理和恢 復(fù)，速度較快，但在噪聲濾除的同時引起條紋圖的局部信息的損失，且難以提取局部相位信 息；窗口傅里葉變換通過窗口函數(shù)對干涉條紋圖選取一部分進(jìn)行傅里葉變換，再移動窗口 函數(shù)對整個條紋圖進(jìn)行掃描，從而獲得整個條紋圖的相位該方法結(jié)合了空間相移法和傅里 葉變換法的優(yōu)點(diǎn)，既考慮了局部細(xì)節(jié)，又考慮到整體關(guān)系，獲得較好的精度和較廣的應(yīng)用范 圍。但其窗口尺寸一旦確定就無法改變，不適合于條紋頻率變化的情況。一維連續(xù)小波變 換則是利用特定的小波基函數(shù)與圖像做卷積或相關(guān)，得到的小波系數(shù)幅值最大之處被稱為 ‘小波脊’，再通過小波脊可以計算出各點(diǎn)的相位等其他信息，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。但其 易受到噪聲的影響，且噪聲對相位提取精度有較大影響。本發(fā)明提出了一種單幅封閉條紋 相位提取方法，針對光刻對準(zhǔn)中圓光柵產(chǎn)生的單幅封閉條紋圖，能夠在有效抑制噪聲的同 時將相位完整的提取出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對光刻對準(zhǔn)中產(chǎn)生的單幅封閉 條紋圖，提供提取相位的方法，該方法只需單幅條紋就能實(shí)現(xiàn)相位的自動化提取，能同時識 別提取不同頻率情況下的相位，獲得更高的精度，也同時能夠更好的抑制噪聲對相位提取 的影響。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
1、一種單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于包括圖像濾波、相位提取和移除 符號不確定性三個步驟，其中圖像濾波與相位提取可同時進(jìn)行，所述的圖像濾波與相位提 取步驟如下(1)采用具有多個尺度和多個方向的二維解析小波，通過尺度與角度方向進(jìn)行組 合，對歸一化后的條紋圖像進(jìn)行小波變換，獲得小波變換系數(shù)；(2)通過對步驟(1)中所述小波變換系數(shù)求取幅值再進(jìn)行比較，取幅值最大處的 值，即小波脊，在獲得小波脊的同時，也完成了圖像濾波；(3)對步驟O)中所述小波脊所處的點(diǎn)求取幅角，即獲得帶有符號不確定性的相 位；所述的移除符號不確定性的步驟如下(4)經(jīng)過步驟C3)獲得了帶有符號不確定性的相位，所述帶有符號不確定性的相 位通過整個條紋圖的小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布提取出來；(5)找出步驟⑷中所述小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)并標(biāo)定出 來；(6)對步驟(5)中所述角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)即相位符號不確定性的分界線的 任意一邊相位乘上-1，即移除了相位符號不確定性。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的二維 解析小波可以為是通過實(shí)對稱的高斯函數(shù)進(jìn)行偏移、擴(kuò)展與旋轉(zhuǎn)而形成，也可以直接選取 二維Gabor解析小波與二維Morlet解析小波函數(shù)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟⑴ 采用具有多個尺度和多個角度方向的二維解析小波，對歸一化后的條紋圖像進(jìn)行小波變 換，獲得小波變換系數(shù)過程如下a.對條紋圖像進(jìn)行快速傅里葉變換；b.對不同尺度與角度方向組合的二維解析小波進(jìn)行快速傅里葉變換；c.對步驟a與b的值進(jìn)行相乘；d.對步驟c中的乘積進(jìn)行傅里葉變換即得小波變換系數(shù)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的相位 符號不確定性的分界線與小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度分布的不連續(xù)點(diǎn)是一致的。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(2) 通過對小波變換系數(shù)求取幅值再進(jìn)行比較，取幅值最大處的值，即小波脊，在獲得小波脊函 數(shù)的同時，也完成了圖像濾波的過程如下a.選擇不同的尺度與角度方向組合，對條紋圖像進(jìn)行小波變換；b.對步驟a中小波變換后的系數(shù)取絕對值得幅值；c.通過對步驟b幅值進(jìn)行對比，可獲得各位置處的最大值，即小波脊；d.在步驟c中獲得小波脊的同時，噪聲等其他與條紋無關(guān)的信息被濾除，即圖像 濾波的過程與獲得小波脊的過程是同步的。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(3) 對小波脊所處的點(diǎn)求取幅角，即獲得帶有符號不確定性的相位的過程如下在步驟O)中 小波脊函數(shù)所對應(yīng)的小波變換系數(shù)是復(fù)數(shù)量，通過對小波變換系數(shù)求反正切函數(shù)得到幅角，即為帶有符號不確定性的相位。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(4) 角度方向分布提取過程如下在步驟O)中小波脊函數(shù)是通過步驟(1)中尺度與角度方 向的不同組合再對條紋圖像進(jìn)行小波變換產(chǎn)生的，每個小波脊函數(shù)即對于一個角度方向分布。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(5) 找出小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)的過程如下分別對步驟(4)所述角度 方向分布圖在水平方向進(jìn)行逐行相減或垂直方向進(jìn)行逐列相減，差值不為0的點(diǎn)即為不連9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的整個 相位提取方法，同樣適用于單幅的開放條紋，在開放條紋處理過程中，最后一個步驟移除相 位符號不確定性可省略。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用具有多尺度、多角度方向的二維 解析小波(例如通過實(shí)對稱高斯函數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)構(gòu)造出二維解析小波或采用二維Gabor小波 或二維Morlet小波)對歸一化后的條紋圖像進(jìn)行濾波處理，在濾波過程中運(yùn)用了快速傅里 葉變換，能減少處理時間；通過對尺度和角度方向分布的選取進(jìn)行小波變換脊函數(shù)進(jìn)行相 位提??；然后通過角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)移除相位符號分布不確定性。本發(fā)明提出的基 于二維解析小波變換進(jìn)行相位提取的方法能對單幅封閉條紋實(shí)現(xiàn)相位的自動化提取，而且 能較好的抑制噪聲的影響。


圖1為整個單幅封閉條紋相位提取方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的含噪聲封閉條紋圖像與經(jīng)濾波提取后的相位示意圖，其中圖加為 含噪聲封閉條紋圖像，圖2b為濾波并通過小波脊函數(shù)進(jìn)行提取后的相位圖；圖3為本發(fā)明中移除相位符號不確定性示意圖，其中圖3a為小波變換脊函數(shù)對應(yīng) 的角度方向分布圖；圖: 為角度方向分布中水平方向的不連續(xù)點(diǎn)；圖3c為角度方向分布 中垂直方向的不連續(xù)點(diǎn)；圖3d為移除符號不確定性后的相位圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明提出的單幅封閉條紋相位提取方法。本發(fā)明的單幅封閉條紋相位提取方法包含以下幾個部分圖像采集、圖像濾波、相 位提取、移除符號不確定性。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖像采集環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)采集到包含有相 位信息的條紋圖像；圖像濾波環(huán)節(jié)包括先對圖像進(jìn)行歸一化等預(yù)處理，并通過二維解析小 波對圖像進(jìn)行濾波，相位提取環(huán)節(jié)是通過小波變換中脊函數(shù)對應(yīng)點(diǎn)處的相位進(jìn)行求??；移 除符號不確定性包括對脊函數(shù)對象的角度方向分布不連續(xù)點(diǎn)判定與對相位的修復(fù)。本發(fā)明提出的基于二維解析小波的單幅封閉條紋相位提取方法主要涉及圖像濾 波與相位提取和移除符號不確定性這兩個環(huán)節(jié)，如圖加所示，本發(fā)明將要處理的條紋圖像 其頻率是不斷變換，而且越接近中心點(diǎn)其頻率變換越大，此外也帶有較大的噪聲，因此需要 通過二維解析小波對其進(jìn)行圖像濾波與相位提取和移除相位符號不確定性，具體步驟如下1.圖像濾波及相位提取本發(fā)明提出構(gòu)造或采用具有多尺度、多角度方向特征的二維解析小波，例如通 過高斯函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展與旋轉(zhuǎn)構(gòu)造出解析小波，或直接采用二維Gabor解析小波或者二維 Morlet解析小波對預(yù)處理后的條紋圖像進(jìn)行濾波處理，提取條紋圖像的局部頻率特征和局 部角度方向特征，從而濾除了噪聲并進(jìn)行了相位提取，以高斯函數(shù)構(gòu)造出的解析小波進(jìn)行 具體說明，對于開放條紋，也有相似的處理步驟(1)采用實(shí)對稱高斯函數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)構(gòu)造出解析小波，包含多個尺度和多個角度方 向，在濾波與相位提取過程中，通過對尺度與角度方向進(jìn)行選擇及變化。二維Gabor解析小波如公式(1)所示，其傅里葉變換如公式(2)所示
權(quán)利要求
1.一種單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于包括圖像濾波、相位提取和移除符 號不確定性三個步驟，其中圖像濾波與相位提取可同時進(jìn)行，所述的圖像濾波與相位提取 步驟如下(1)采用具有多個尺度和多個方向的二維解析小波，通過尺度與角度方向進(jìn)行組合，對 歸一化后的條紋圖像進(jìn)行小波變換，獲得小波變換系數(shù)；(2)通過對步驟(1)中所述小波變換系數(shù)求取幅值再進(jìn)行比較，取幅值最大處的值，即 小波脊，在獲得小波脊的同時，也完成了圖像濾波；(3)對步驟O)中所述小波脊所處的點(diǎn)求取幅角，即獲得帶有符號不確定性的相位；所述的移除符號不確定性的步驟如下(4)經(jīng)過步驟C3)獲得了帶有符號不確定性的相位，所述帶有符號不確定性的相位通 過整個條紋圖的小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布提取出來；(5)找出步驟中所述小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)并標(biāo)定出來；(6)對步驟(5)中所述角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)即相位符號不確定性的分界線的任意 一邊相位乘上-1，即移除了相位符號不確定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的二維解析 小波可以為是通過實(shí)對稱的高斯函數(shù)進(jìn)行偏移、擴(kuò)展與旋轉(zhuǎn)而形成，也可以直接選取二維 Gabor解析小波與二維Morlet解析小波函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(1)采 用具有多個尺度和多個角度方向的二維解析小波，對歸一化后的條紋圖像進(jìn)行小波變換， 獲得小波變換系數(shù)過程如下a.對條紋圖像進(jìn)行快速傅里葉變換；b.對不同尺度與角度方向組合的二維解析小波進(jìn)行快速傅里葉變換；c.對步驟a與b的值進(jìn)行相乘；d.對步驟c中的乘積進(jìn)行傅里葉變換即得小波變換系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的相位符號 不確定性的分界線與小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)是一致的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(2)通 過對小波變換系數(shù)求取幅值再進(jìn)行比較，取幅值最大處的值，即小波脊，在獲得小波脊函數(shù) 的同時，也完成了圖像濾波的過程如下a.選擇不同的尺度與角度方向組合，對條紋圖像進(jìn)行小波變換；b.對步驟a中小波變換后的系數(shù)取絕對值得幅值；c.通過對步驟b幅值進(jìn)行對比，可獲得各位置處的最大值，即小波脊；d.在步驟C中獲得小波脊的同時，噪聲等其他與條紋無關(guān)的信息被濾除，即圖像濾波 的過程與獲得小波脊的過程是同步的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(3)對 小波脊所處的點(diǎn)求取幅角，即獲得帶有符號不確定性的相位的過程如下在步驟O)中小 波脊函數(shù)所對應(yīng)的小波變換系數(shù)是復(fù)數(shù)量，通過對小波變換系數(shù)求反正切函數(shù)得到幅角， 即為帶有符號不確定性的相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(4)角度方向分布提取過程如下在步驟O)中小波脊函數(shù)是通過步驟(1)中尺度與角度方向的 不同組合再對條紋圖像進(jìn)行小波變換產(chǎn)生的，每個小波脊函數(shù)即對于一個角度方向分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述步驟(5)找 出小波脊函數(shù)所對應(yīng)的角度方向分布的不連續(xù)點(diǎn)的過程如下分別對步驟(4)所述角度方 向分布圖在水平方向進(jìn)行逐行相減或垂直方向進(jìn)行逐列相減，差值不為0的點(diǎn)即為不連續(xù) 點(diǎn)ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單幅封閉條紋相位提取方法，其特征在于所述的整個相位 提取方法，同樣適用于單幅的開放條紋，在開放條紋處理過程中，最后一個步驟移除相位符 號不確定性可省略。
全文摘要
一種單幅封閉條紋相位提取方法，包括步驟條紋圖像噪聲濾波、通過小波脊提取相位和移除符號不確定性，其中相位提取方法中通過構(gòu)造具有很好的尺度和角度方向選擇性的二維解析小波函數(shù)，能同時對封閉條紋進(jìn)行濾波和相位提取。本發(fā)明能更好的處理帶有噪聲且條紋頻率變化較大的封閉條紋，能夠通過單幅封閉條紋實(shí)現(xiàn)相位自動化提取。克服了之前的小波變換相位提取算法只應(yīng)用于載波條紋的局限性。
文檔編號G03F7/20GK102073220SQ20101059307
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者周紹林, 徐鋒, 李蘭蘭, 李金龍, 盛壯, 羅正全, 胡松, 謝飛, 陳旺富 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所