本發(fā)明屬于光學(xué)干涉測(cè)量，特別涉及一種半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，工作面為非連續(xù)表面的部件越來(lái)越多，對(duì)非連續(xù)面的平面度檢測(cè)的需求也越來(lái)越多。例如，用于夾持晶圓的真空吸盤被廣泛應(yīng)用在光刻以及檢測(cè)設(shè)備中，而為減小灰塵對(duì)晶圓夾持的影響，真空吸盤通常被設(shè)計(jì)成非連續(xù)的表面，包括針形以及環(huán)形。真空吸盤吸附晶圓后晶圓的平面度越低，越有利于對(duì)晶圓進(jìn)行光刻以及檢測(cè)。因此，需要能夠使用激光干涉儀高效檢測(cè)非連續(xù)表面的技術(shù)來(lái)檢測(cè)真空吸盤表面的平面度。非連續(xù)表面的特征為在兩個(gè)具有明確邊界的面之間不存在能夠進(jìn)行干涉檢測(cè)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。

2、對(duì)于激光干涉檢測(cè)平面度，其關(guān)鍵就是將包含待測(cè)物相對(duì)高度信息的相位提取出來(lái)，而相位信息素通過(guò)反三角函數(shù)計(jì)算得到的，相位值被截?cái)嘣冢ǎ?，π）之間，即包裹相位。要進(jìn)行吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)，就需要進(jìn)行非連續(xù)面相位解包裹。

3、在光學(xué)干涉測(cè)量中，相位解包裹技術(shù)能夠精確地測(cè)量光波的相位變化，從而得到物體表面的三維形狀信息。

4、目前的相位解包裹方法分為路線相關(guān)和路線無(wú)關(guān)兩類，目前路線相關(guān)的相位解包裹算法多采用識(shí)別相位突變邊界、邊界之間相位抬升的方法，在面對(duì)非連續(xù)面相位解包裹時(shí)只能進(jìn)行局部的連續(xù)表面的相位解包裹，在非連續(xù)邊界處會(huì)被截?cái)啵瑹o(wú)法進(jìn)行整個(gè)面的相位解包裹；路線無(wú)關(guān)的相位解包裹方法多采用最小二乘法，耗時(shí)長(zhǎng)且精度有限。

5、中國(guó)專利cn115456991a公開(kāi)了一種基于相位梯度加權(quán)移動(dòng)平均校正的離散余弦解包裹算法，其通過(guò)計(jì)算x方向與y方向的相位梯度加權(quán)移動(dòng)平均值作為相位梯度校正值，校正由于噪聲而導(dǎo)致的相位梯度與真實(shí)值相差較大的相位梯度，提供了一種能夠克服在包裹相位存在較多噪聲的情況下，也可以準(zhǔn)確且快速地將相位進(jìn)行展開(kāi)的方法。該發(fā)明提到的離散余弦解包裹概念指一種變換方法，并非指非連續(xù)表面。

6、中國(guó)專利cn107202550a公開(kāi)了一種基于最小二乘法相位解包裹圖的方法，其通過(guò)最小二乘法建立m×n矩形圖像上的離散泊松方程，將進(jìn)行二次剪切后二維包裹圖像四個(gè)方向上的一階差分帶入泊松方程中，并離散余弦變換（dct）求解泊松方程，以此得到包裹圖像的真實(shí)相位φ。其針對(duì)的測(cè)量對(duì)象是連續(xù)表面的相位，難以實(shí)現(xiàn)非連續(xù)面的相位解包裹。

7、yang?x,?hu?h,?xue?d,?et?al.?discontinuous?phase?unwrapping?based?onthe?minimization?of?zernike?gradient?polynomial?residual[j].?optics?express,2022,?30(26):?47992-48003。提出了一種基于最小化澤尼克梯度多項(xiàng)式殘差的方法來(lái)估計(jì)分段誤差并糾正錯(cuò)誤的相位展開(kāi)結(jié)果。該方法可以在復(fù)雜像差形式和各種遮擋下精確獲得段高度誤差，具有可靠的實(shí)用性，完成了非連續(xù)面的相位解包裹，但該方法針對(duì)的非連續(xù)面?zhèn)€數(shù)很少，無(wú)法完成具有大量非連續(xù)表面的吸盤的平面度檢測(cè)。

8、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)仍然無(wú)法精準(zhǔn)快速的完成具有大量非連續(xù)表面的吸盤的平面度檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)方法，對(duì)半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面平面度進(jìn)行大范圍精準(zhǔn)快速檢測(cè)，并具有正確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、可以同時(shí)處理大量非連續(xù)表面的非連續(xù)面相位解包裹方法的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)方法，包括如下步驟：

3、s1：篩選有效數(shù)據(jù)點(diǎn)；由單波長(zhǎng)激光平面干涉儀獲取半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的干涉圖像，經(jīng)灰度處理生成待處理的相位數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)對(duì)亮度變化量設(shè)置閾值進(jìn)行有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的篩選，保留篩選的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，將有效數(shù)據(jù)點(diǎn)建立二值化有效數(shù)據(jù)篩選矩陣；

4、s2：非連續(xù)面相位計(jì)算；通過(guò)九步平均法將有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的包裹相位計(jì)算出來(lái)；

5、s3：數(shù)據(jù)離散二值化；將包裹相位計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)離散化到三維空間并進(jìn)行二值化，得到二值化三維矩陣；

6、s4：數(shù)據(jù)疊放、形態(tài)學(xué)膨脹與連通；將二值化三維矩陣在三維坐標(biāo)系中進(jìn)行多次疊放，對(duì)疊放后的二值化三維矩陣的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行三維形態(tài)學(xué)膨脹與連通，形成若干連通體；

7、s5：連通體篩選與逆離散化；通過(guò)所含有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目將若干連通體中最大的連通體篩選出來(lái)，并進(jìn)行逆離散化處理，得到初步解包裹相位；

8、s6：系統(tǒng)誤差消除；以有效數(shù)據(jù)點(diǎn)建立的二值化有效數(shù)據(jù)篩選矩陣的包裹相位為基準(zhǔn)，計(jì)算出在數(shù)據(jù)離散二值化中引入的系統(tǒng)相位誤差，并將其從初步解包裹相位中消除，得到解包裹相位；

9、s7：合理性檢驗(yàn)與處理；利用解包裹相位計(jì)算得到吸盤表面的平面度，以激光干涉儀干涉圖中的亮或暗條紋數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)；當(dāng)結(jié)果合理時(shí)，則解包裹相位得到的平面度檢測(cè)結(jié)果作為半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)結(jié)果；當(dāng)數(shù)據(jù)不合理時(shí)，則重新進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選或?qū)Χ祷S矩陣做腐蝕處理，重新進(jìn)行相位解包裹，重新計(jì)算半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)結(jié)果。

10、本發(fā)明半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)方法應(yīng)用于平面度檢測(cè)系統(tǒng)，且平面度檢測(cè)系統(tǒng)與電子計(jì)算機(jī)通信連通。

11、本發(fā)明解包裹的非連續(xù)表面為任意在兩個(gè)具有明確邊界的面之間不存在能夠進(jìn)行干涉檢測(cè)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的非連續(xù)表面。

12、優(yōu)選地，所述步驟s1包括如下步驟：

13、通過(guò)單波長(zhǎng)激光平面干涉儀獲取九幅有m×n個(gè)像素點(diǎn)且每幅圖與上一幅圖之間相位差為π/2的干涉圖像，經(jīng)灰度處理生成待處理的相位數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)對(duì)亮度變化量設(shè)置閾值進(jìn)行有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的篩選；

14、所述亮度變化量計(jì)算公式如下：

15、????(1)，

16、其中，為像素點(diǎn)的坐標(biāo)，為像素點(diǎn)的亮度，為像素點(diǎn)在九幅相位圖中的亮度變化量極值；

17、所述二值化有效數(shù)據(jù)篩選矩陣計(jì)算公式如下：

18、???(2)，

19、其中，為二值化篩選矩陣，f為亮度變化量篩選閾值；

20、所述有效數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選計(jì)算公式如下：

21、????(3)，

22、其中，為篩選后的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)亮度，為篩選后的有效像素點(diǎn)的亮度。

23、優(yōu)選地，所述步驟s2包括如下步驟：

24、將篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)通過(guò)九步平均法得到包裹相位數(shù)據(jù)；

25、所述包裹相位數(shù)據(jù)計(jì)算公式如下：

26、???(4)，

27、其中，為包裹相位數(shù)據(jù)，為步驟s1得到的篩選后的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)亮度。

28、優(yōu)選地，所述步驟s3包括如下步驟：

29、將包裹相位數(shù)據(jù)進(jìn)行二值離散化，得到二值化相位矩陣；將二值化相位矩陣數(shù)據(jù)分成l層，即每層高度為2π/l，二值化并離散化到三維數(shù)據(jù)空間，有效數(shù)據(jù)點(diǎn)為1，無(wú)效數(shù)據(jù)點(diǎn)為0，得到三維二值化矩陣bw(x,y,z)。

30、優(yōu)選地，所述步驟s4包括如下步驟：

31、將二值離散化相位矩陣進(jìn)行疊放，得到三維二值化矩陣bw1(x,y,z)并通過(guò)形態(tài)學(xué)三維膨脹進(jìn)行連通，生成若干個(gè)連通體；

32、所述生成若干個(gè)連通體計(jì)算公式如下：

33、?????(5)，

34、其中，s為球形結(jié)構(gòu)元素，其半徑?jīng)Q定兩層疊放的二值化矩陣的連通；的產(chǎn)生過(guò)程為將s放置于的坐標(biāo)點(diǎn)(x,y,z)，當(dāng)此處s與的交集不為空集時(shí)，則;當(dāng)此處s與的交集為空集時(shí)，則。

35、優(yōu)選地，所述步驟s5包括如下步驟：

36、通過(guò)所含有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目篩選出最大的連通體，并進(jìn)行逆離散化運(yùn)算得到初始解包裹相位；有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目為有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

37、所述最大的連通體計(jì)算公式如下：

38、??????(6)，

39、其中，為最大的連通體，為有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目；

40、所述初始解包裹相位計(jì)算公式如下：

41、??????(7)，

42、其中，為逆離散化運(yùn)算得到的初始解包裹相位分布。

43、優(yōu)選地，所述步驟s6包括如下步驟：

44、計(jì)算出離散化運(yùn)算造成的系統(tǒng)誤差，并去除該誤差，得到解包裹后的相位信息，其計(jì)算公式如下：

45、<mi>φ</mi><mi>x,y</mi></mfenced><mi>=</mi><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?mod[</mi><mrow><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?</mi><msub><mi>φ</mi><mn>1</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced></mrow></mfenced><mi>,2π]</mi>???(8)，

46、其中，<mi>mod[</mi><mrow><msub><mi>φ</mi><mn>2</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced><mi>?</mi><msub><mi>φ</mi><mn>1</mn></msub><mi>x,y</mi></mfenced></mrow></mfenced><mi>,2π]</mi>為步驟s2中離散化過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，為去除此系統(tǒng)誤差后得到的解包裹相位分布。

47、優(yōu)選地，所述步驟s7包括如下步驟：

48、利用去除系統(tǒng)誤差后得到的相位分布，計(jì)算出消除系統(tǒng)誤差后的面型與其pv值；

49、所述消除系統(tǒng)誤差后的面型計(jì)算公式如下：

50、???????(9)，

51、其中，為消除系統(tǒng)誤差后的面型，為去除此系統(tǒng)誤差后得到的解包裹相位分布，為所用激光干涉儀的激光波長(zhǎng)；

52、所述pv值的計(jì)算公式為：

53、??????????(10)，

54、其中，為消除系統(tǒng)誤差后的面型；

55、將其pv與干涉條紋數(shù)與1/2波長(zhǎng)相乘的數(shù)值大小m做比對(duì)，當(dāng)pv<m時(shí),則將作為半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)結(jié)果；當(dāng)pv>m時(shí)，重新進(jìn)行步驟s1所述的有效數(shù)據(jù)篩選過(guò)程，或?qū)Σ襟Es2所述的二值離散化相位數(shù)據(jù)做腐蝕處理，重新進(jìn)行相位解包裹完成半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的平面度干涉檢測(cè)。

56、本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

57、1、利用單波長(zhǎng)激光平面干涉儀高效準(zhǔn)確完成半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)二值離散化的相位在三維疊放后兩層相位突變截?cái)嗵幭辔粩?shù)據(jù)距離相近的思想，利用三維形態(tài)學(xué)方法同時(shí)完成大量非連續(xù)面的相位解包裹，以此高效率、高精度地得到物體表面的三維形狀信息，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤差消除，并進(jìn)行合理性檢驗(yàn)與處理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)快速的半導(dǎo)體吸盤非連續(xù)表面平面度的干涉檢測(cè)。

58、2、可以同時(shí)處理大量非連續(xù)表面的檢測(cè)，能夠?qū)Π雽?dǎo)體吸盤非連續(xù)表面平面度進(jìn)行大范圍精準(zhǔn)快速檢測(cè)，并具有正確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、檢測(cè)精度高、檢測(cè)效率高、檢測(cè)范圍大的特點(diǎn)，在檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)拼接。