Морфологические методы интерпретации измерений рельефа поверхности с помощью оптического микроскопа

• Автор: Захарченко, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Оглавление
Введение

Актуальность

Цель работы

Решаемые задачи

Научная новизна

Практическое значение

Глава 1

Методы контроля рельефа поверхности

1.1 Поверхностная профилометрия

1.2 Сканирующая зондовая микроскопия

1.3 Оптическая микроскопия
1.4 Электронная микроскопия
1.5 Выводы
Глава 2 .
Математическая модель
2.1 Математическая модель рельефа
2.2 Математическая модель системы формирования изображения 2.3 Математическая модель изображения рельефа
2.4 Постановка задачи
2.5 Выводы
Глава 3
Морфологическим анализ кривой измерения фокуса
3.1 Описание методов морфологического анализа
3.2 Форма кривой измерений фокуса
3.3 Проектор на форму кривой дисперсий
3.4 Примеры
3.5 Выводы
Глава 4
Адекватность модели и оценивание параметра формы
4.1 Модель регистрации сигнала
4.2 Нелинейная минимаксная оценка погрешности
4.3 Стохастическая модель измерения
4.4 Выводы
Глава 5
Реализация, применение, результаты
5.1 Аппаратура
5.2 Алгоритмы
5.3 Программная реализация
5.4 Активное освещение
5.5 Результаты
Заключение
Список литерату


Разработаны методы оценивания положения максимума на зашумленной унимодальной кривой, определены погрешность и адекватность оценки. Разработанные методы позволяют существенно улучшить современные методы реконструкции трехмерного рельефа поверхности с помощью оптического микроскопа. Они позволяют создать измерительный прибор, который не просто реконструирует рельеф поверхности, а измеряет высот}' поверхности в каждой точке и указывает погрешность измерений. Более того, методы позволяют определить степень доверия к результату оценивания высоты рельефа в заданной точке, базирующуюся на понятии адекватности используемой модели измерения, и исключить из реконструкции сомнительные точки. В настоящее время существуют множество различных методов измерения и контроля микрорельефа поверхности, которые находят применения в различных областях науки и промышленности: микроэлектронике, электронике, биологии, медицине и т. Задача таких методов - отобразить и измерить трехмерный рельеф поверхности объектов размерами от нескольких миллиметров до нескольких нанометров. Каждый метод имеет свою особенность, свой диапазон измеряемых размеров, свою точность и стоимость. Рассмотрим основные методы более подробно. Поверхностная профилометрия - это методы непосредственного зондирования поверхности наблюдаемого объекта с целью определение зависимости высоты рельефа поверхности от координаты на плоскости. С точки зрения методов реконструкции трехмерной поверхности - это прямые методы, не требующие практически никаких вычислений. Так различают механические, оптические, емкостные профилометры и зондирующие микроскопы, которые выделились в отдельную ветвь и будут рассмотрены в следующем параграфе. Механические профилометры непосредственно контактируют зондом (обычно в форме иглы диаметром наконечника от нескольких микрон) с поверхностью объекта. Вертикальное разрешение таких профилометров достигает нескольких ангстрем1. Однако, горизонтальное разрешение определяется размером зонда и обычно составляет не больше нескольких микрон, что делает эту технику неприменимой для объектов малых размеров или сильно шероховатого рельефа. Оптические бесконтактные профилометры использую интерференцию лазерного луча для измерения высоты поверхности в каждой точке, что позволяет увеличить горизонтальное разрешение [1, 2] и скорость сканирования. Основная задача профилометров - определение шероховатости поверхности по вертикальному срезу (скану). Для построения трехмерной поверхности необходимо произвести несколько сотен сканов, поэтому время построения рельефа поверхности обычно очень велико. Например, профилометр Бекчак 8 фирмы Уеесо ЫтппетБ имеет погрешность измерения высоты 7. Сканирующая зондовая микроскопия возникла с изобретением в году учеными исследовательской лаборатории 1ВМ в Цюрихе Герхардом Биннигом и Хайнрихом Рёрером сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) [3]. С его помощью впервые были получены реальные изображения поверхностей с атомарным разрешением. По сути, сканирующая зондовая микроскопия - это поверхностная профилометрия со специальным зондом, работающим на уровне атомарных взаимодействий. В СТМ зонд представляет собой острую проводящую иглу, закрепленную на гибкой консоли. Если между иглой и образцом приложить напряжение смешения, то при приближении острия иглы к образцу на расстояние порядка 1 нм между ними возникает ток туннелирования, величина которого зависит от расстояния "игла-образец”, а направление - от полярности напряжения. Таким образом, используя данные о туннельном токе в некотором множестве точек поверхности, можно построить изображение топографии поверхности. Основными недостаткам СТМ является требование к проводимости образца и работа в вакууме. В г. АСМ), с помощью которого можно получать изображения как проводящих, так и непроводящих объектов, причем в атмосферных условиях. В основе работы атомно-силовых микроскопов лежит использование различных видов силового взаимодействия зонда с поверхностью: баланс между силами Ван-дер-Ваальса и силами электростатического отталкивания атомов [4, 5].