基于俯視SEM圖像的矩形光柵占寬比檢測方法

吳麗翔，劉 穎，饒歡樂，邱克強，付紹軍

（中國科學技術大學 國家同步輻射實驗室，安徽 合肥230029）

引言

矩形輪廓光柵是一種應用廣泛的衍射光學元件。光柵占寬比，即柵線線寬與光柵周期之比，是衡量光柵制作水平和工作性能的基本參數。占寬比空間分布均勻性會影響光柵衍射效率分布均勻性，因此為了達到較好的衍射效率分布均勻性，不僅要測量占寬比大小，也要檢測占寬比空間分布均勻性。例如，在大口徑采樣光柵（beam sampling grating，BSG）的全息－離子束刻蝕制備過程中，根據前期測試的全息光刻膠掩模光柵的占寬比空間分布［1］，可相應調整后續離子束刻蝕深度的分布，以制作出衍射效率分布更均勻的采樣光柵。由于具有高分辨率與高速成像特性，掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）常被用于測量高線密度衍射光柵的槽形結構參數。通過SEM觀察光柵基片橫截面可以測得斷面處的槽形結構參數（如占寬比、槽深和側壁傾角），但是，在此之前需要經歷一個相對復雜、耗時、具有破壞性的制樣過程。近年來，在半導體制造領域，與機器視覺和圖像處理等技術相結合，發展了很多基于俯視SEM圖像的表面形貌測量方法［2－4］，既可以檢測微納結構的線寬和側壁輪廓，也避免了傳統制樣過程。

針對矩形輪廓光柵特有的周期性結構及其俯視SEM圖像的成像特點，本文提出了一種基于俯視SEM圖像的矩形光柵占寬比檢測方法。首先對光柵俯視SEM圖像進行灰度輪廓預處理，然后對預處理后劃分的條帶圖像進行基于動態規劃和最小二乘樣條逼近的邊緣檢測，最后按照設定的量化評價標準，對邊緣檢測結果進行量化分析，計算得到目標區域內的光柵占寬比的平均值和標準偏差。……