本文關(guān)鍵詞：基于視覺檢測的原子力顯微鏡探針自動(dòng)定位技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 工業(yè)型原子力顯微鏡 自動(dòng)逼近 目標(biāo)逼近 自動(dòng)換針

【摘要】：近些年來,隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,芯片的集成度越來越高,其關(guān)鍵單元的特征尺寸已經(jīng)達(dá)到數(shù)十納米。這對現(xiàn)有的工業(yè)檢測手段提出了新的要求與挑戰(zhàn)。目前普遍采用的光學(xué)檢測技術(shù)與電子顯微檢測技術(shù)已經(jīng)很難滿足高集成度集成電路(Integrated Circuit,IC)關(guān)鍵單元特征尺寸的檢測需求。原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)是一種具有亞納米級分辨精度,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)對掃描樣品進(jìn)行無損檢測的高精密實(shí)驗(yàn)儀器。目前,AFM已經(jīng)在生物、材料、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但由于當(dāng)前AFM的使用多集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,掃描探針與樣品逼近、目標(biāo)位置的逼近以及掃描探針更換等過程均為手動(dòng)實(shí)現(xiàn),尚不能滿足工業(yè)級應(yīng)用所要求的自動(dòng)化水平。所以AFM工業(yè)化自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)仍存在大量的技術(shù)難題。本論文在實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的AFM操作平臺的基礎(chǔ)上展開研究,著重解決AFM工業(yè)化過程中存在的若干技術(shù)難題,在詳細(xì)分析產(chǎn)業(yè)需求的基礎(chǔ)之上,著重開展以下研究工作:1 AFM探針自動(dòng)逼近方法研究。常規(guī)科學(xué)型AFM下針過程均為目視手動(dòng)操作完成,無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用中連續(xù)檢測的要求。本文提出了一種基于機(jī)器視覺與精確力控制的AFM自動(dòng)逼近技術(shù)。該方法采用粗精結(jié)合的分段式方法實(shí)現(xiàn)AFM探針與掃描樣品的自動(dòng)逼近。與此同時(shí),本文對計(jì)算機(jī)視覺中的自動(dòng)聚焦算法進(jìn)行了改進(jìn)工作,提高了聚焦的精度與算法的普適性。2目標(biāo)位置自動(dòng)逼近方法研究。在AFM掃描成像過程中,要實(shí)現(xiàn)對樣品特定位置進(jìn)行掃描是很困難的,由于視覺差異,很難實(shí)現(xiàn)樣品與探針的定位問題。本文基于機(jī)器視覺提出了一種掃描探針針尖盲定位技術(shù)。通過二維視覺坐標(biāo),三維運(yùn)動(dòng)平臺坐標(biāo)以及三維納米平臺坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化,將掃描樣品特定位置移動(dòng)至掃描探針針尖之下,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對樣品的特定位置進(jìn)行掃描。3 AFM探針自動(dòng)更換方法研究。為實(shí)現(xiàn)掃描過程的連續(xù)性,AFM必須實(shí)現(xiàn)掃描探針的自動(dòng)更換。本文中設(shè)計(jì)了一種新的AFM探針自動(dòng)更換機(jī)構(gòu),采用電磁力與永磁力相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)AFM探針夾持器的自動(dòng)抓取與釋放,進(jìn)而完成掃描探針更換工作。并采用機(jī)器視覺的方法實(shí)現(xiàn)更換之后的掃描探針懸臂梁末端與激光光斑的自動(dòng)對準(zhǔn)。4 AFM控制系統(tǒng)搭建�；谝陨先齻�(gè)方面的工作,搭建了一整套AFM系統(tǒng),并將自動(dòng)逼近、目標(biāo)逼近、自動(dòng)換針等工作進(jìn)行了移植。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文中提出的方法能夠利用視覺算法完成AFM探針在多個(gè)層面上的定位工作,能夠?qū)崿F(xiàn)了AFM操作的自動(dòng)化。上述研究工作,為工業(yè)型AFM研制過程中的若干技術(shù)問題提供有一種有效的技術(shù)解決方案,在工業(yè)型AFM的國產(chǎn)化研究中具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：工業(yè)型原子力顯微鏡 自動(dòng)逼近 目標(biāo)逼近 自動(dòng)換針
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TH742
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 AFM簡介14-20
• 1.2.1 AFM成像原理14-16
• 1.2.2 AFM系統(tǒng)構(gòu)成16-18
• 1.2.3 AFM掃描模式18-19
• 1.2.4 AFM目前存在的主要問題19-20
• 1.2.5 AFM應(yīng)用20
• 1.3 工業(yè)型AFM研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 顯微視覺概述22-24
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 AFM探針自動(dòng)逼近方法研究26-41
• 2.1 引言26-27
• 2.2 聚焦評價(jià)函數(shù)27-33
• 2.2.1 圖像清晰度評價(jià)函數(shù)27-31
• 2.2.2 焦平面搜索算法31-33
• 2.3 自動(dòng)逼近系統(tǒng)平臺搭建33-35
• 2.3.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成33-34
• 2.3.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成34-35
• 2.4 自動(dòng)逼近流程設(shè)計(jì)35-38
• 2.4.1 聚焦定位流程設(shè)計(jì)36-37
• 2.4.2 精定位流程設(shè)計(jì)37-38
• 2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-41
• 第3章 目標(biāo)位置自動(dòng)逼近方法研究41-52
• 3.1 引言41-43
• 3.2 AFM探針針尖視覺定位技術(shù)43-49
• 3.2.1 Hough直線變換基本原理43-44
• 3.2.2 掃描探針針尖盲定位方法44-49
• 3.3 目標(biāo)逼近技術(shù)研究49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 AFM探針自動(dòng)更換方法研究52-63
• 4.1 引言52-53
• 4.2 探針自動(dòng)更換機(jī)構(gòu)53-56
• 4.3 探針自動(dòng)更換流程設(shè)計(jì)56-58
• 4.4 AFM光電反饋?zhàn)詣?dòng)校準(zhǔn)58-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第5章 AFM掃描控制系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)63-71
• 5.1 引言63-64
• 5.2 AFM控制系統(tǒng)工作原理64-66
• 5.3 AFM控制系統(tǒng)軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)66-71
• 5.3.1 硬件平臺的搭建66-67
• 5.3.2 軟件平臺的搭建67-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果78-79
• 致謝79-80

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本文編號：664267