显微干涉法在微纳机电系统3-D轮廓测量中的相位解包裹策略

在3-D轮廓测量中，特别是在微/纳米机电系统(MEMS/NEMS)的结构特性分析和可靠性测试中，精确测量表面三维轮廓、粗糙度、微小位移和变形等参数至关重要。显微干涉法作为首选的测量技术，其优势在于高精度、高垂直分辨率、操作简便和无损性[3-5]。具体到相位解包裹应用，它涉及到如何处理干涉测量中因物体表面高度变化导致的相位超出一个完整波长周期的问题。 在干涉显微镜下，利用相移方法，参考镜通过驱动电路产生微小的光程变化，这会产生与被测表面高度相关的相位信息。然而，实际测量中，物体表面的高度变化可能导致相位值被截断成多个2π范围内的区间，即所谓的“包裹相位”。为了获取真实的高度信息，必须通过相位解包裹（或相位展开）技术，将这些断开的相位区域合并成连续的相位分布。 1.1 相位解包裹技术的核心是相位提取和处理。通过相位提取算法，可以从光强度中提取出包含表面高度信息的相位值。由于实际测量中相位变化可能超过一个完整波长周期，通常会用反正切函数表示，形成包裹相位。要得到真实高度，需要对每个像素点的包裹相位进行运算，使得相邻像素点的相位差保持在2π以内。通过求和包裹相位的反正切函数主值差，可以实现相位展开，从而获得连续的相位图像。 1.2 基于模板的相位解包裹算法是一种更高级的方法。对于简单的区域，如不存在非理想数据点的情况，可以使用基于深度优先搜索的算法，通过设定阈值检测2π相位跳跃，构建补偿函数，并将未展开的相位图与之相加，从而完成相位解包裹。然而，对于复杂的连续表面，这种方法可能需要更精细的模板匹配或自适应算法，以确保在处理非理想数据点时也能准确地展开相位。 总结来说，3-D轮廓测量中相位解包裹的应用是微/纳米机电系统研究中的关键技术，它通过解决干涉测量中的相位包裹问题，实现了对微小结构表面高度信息的精确提取和分析，对于保证MEMS/NEMS性能评估的准确性至关重要。不断发展的算法优化使得这项技术在精度和效率上不断提升，为微电子制造领域提供了强有力的工具支持。