गैर-समानांतर प्रकाश इंटरफेरोमेट्रिक रोशनी माइक्रोस्कोप के त्रि-आयामी आकार का पता लगाने पर शोध
मशीनरी विनिर्माण और इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के तेजी से विकास ने सूक्ष्म आकृति विज्ञान की पहचान तकनीक के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखा है। वर्तमान में, त्रि-आयामी आकार का पता लगाने को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: संपर्क और गैर-संपर्क। संपर्क विधि मुख्य रूप से स्टाइलस विधि को संदर्भित करती है। इसका सिद्धांत स्टाइलस की ऊर्ध्वाधर दिशा में छोटे विस्थापन को विद्युत संकेत में परिवर्तित करना और इसे बढ़ाना है, ताकि पहचान सतह के त्रि-आयामी आकार वितरण को प्राप्त किया जा सके। गैर-संपर्क पहचान विधियों में मुख्य रूप से बीम फोकसिंग विधि, संरचित प्रकाश प्रक्षेपण विधि और इंटरफेरोमेट्री शामिल हैं। बीम फोकसिंग विधि त्रि-आयामी डेटा प्राप्त करने के लिए पहचान सतह को स्कैन करने के लिए ऑप्टिकल जांच के रूप में केंद्रित प्रकाश स्थान का उपयोग करती है। यह विधि जटिल आकृतियों का त्रि-आयामी पता लगा सकती है, लेकिन माप की गति धीमी है। इंटरफेरोमेट्री और संरचित प्रकाश प्रक्षेपण विधियां फ्रिंज विकृतियों को हल करके सतह आकृति का पता लगाती हैं, जहां इंटरफेरोमेट्री फाइबर सुसंगतता या समानांतर बीम सुसंगतता के सिद्धांत का उपयोग करती है, जिसमें लेजर इंटरफेरोमेट्री और सफेद प्रकाश स्कैनिंग इंटरफेरोमेट्री शामिल है। ऑप्टिकल फाइबर सुसंगतता का उपयोग करते समय, इसे ऑब्जेक्टिव लेंस के साथ बड़ी कार्य दूरी के साथ सहयोग करने की आवश्यकता होती है, जो ऑब्जेक्टिव लेंस के आवर्धन को सीमित करता है। श्वेत प्रकाश स्कैनिंग इंटरफेरोमेट्री रोशनी स्रोत के रूप में चौड़े स्पेक्ट्रम वाली सफेद रोशनी का उपयोग करती है और समानांतर किरण सुसंगतता के सिद्धांत का उपयोग करती है। एकल माप की त्रुटि 20nm के भीतर है। कंट्रास्ट और प्रकाश की तीव्रता जैसी जानकारी मापी जा रही सतह की पूर्ण गहराई निर्धारित करती है। संरचित प्रकाश प्रक्षेपण विधि स्कैनिंग उपकरणों के उपयोग से बचती है और इसमें सबसे तेज़ पुनर्निर्माण गति होती है। हालाँकि, जब प्रक्षेपण तल और मंच तल के बीच एक कोण होता है, तो फ्रिंज अवधि को ठीक करने की आवश्यकता होती है, इसलिए यह विधि सबमाइक्रोन-स्तरीय सटीक आकृति विज्ञान के लिए उपयुक्त नहीं है। माप इस पेपर में, संरचित प्रकाश प्रक्षेपण विधि और समानांतर प्रकाश इंटरफेरोमेट्री विधि के फायदे संयुक्त होते हैं, प्रकाश किरण को स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर द्वारा विवर्तित किया जाता है, और करीबी प्रकाश तीव्रता के साथ दो विवर्तन आदेशों का उपयोग फ्रिंज उत्पन्न करने के लिए हस्तक्षेप करने के लिए किया जाता है। फ्रिंज चरण को समायोजित करता है। चूंकि स्कैनिंग उपकरणों और संदर्भ विमानों के उपयोग से बचा जाता है, प्रस्तावित विधि में हस्तक्षेप उद्देश्यों के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है और उपयोग किए गए उद्देश्यों के संख्यात्मक एपर्चर पर कोई सीमा नहीं होती है, पुनर्निर्माण प्रक्रिया तेज होती है, और उच्च पार्श्व रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, चूंकि फ्रिंज प्रकाश किरण के हस्तक्षेप से उत्पन्न होते हैं, चरण को पिक्सेल निर्देशांक के साथ रैखिक रूप से वितरित किया जाता है, और प्रक्षेपण विधि में आवधिक फ्रिंज परिवर्तन की कोई घटना नहीं होती है। अंत में, यह पेपर प्रयोगों को संचालित करने के लिए परीक्षण किए गए नमूने के रूप में 100 एनएम के रा के साथ खुरदरापन तुलना मॉड्यूल का उपयोग करता है। परीक्षण किए गए नमूने की सतह पर त्रि-आयामी बिंदु बादल प्राप्त करने के लिए चार-चरण चरण शिफ्ट विधि का उपयोग किया जाता है। बिंदुओं के बीच वास्तविक सापेक्ष ऊँचाई।
प्रायोगिक प्रकाश पथ
यह इस पेपर में प्रस्तावित गैर-समानांतर प्रकाश हस्तक्षेप रोशनी माइक्रोस्कोप का प्रकाश पथ आरेख है। लेज़र किरण, बीम विस्तारक L3, स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक और फ़ोकसिंग लेंस L2 के माध्यम से माइक्रोस्कोप के बीम विभाजन प्रिज्म में प्रवेश करती है, जिससे माइक्रोस्कोप प्रणाली का रोशनी प्रकाश पथ बनता है। स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर अपलोड की गई छवि के अनुसार आपतित प्रकाश के आयाम को नियंत्रित कर सकता है। जब अपलोड की गई छवि एक फ्रिंज है, तो इसका कार्य एक परावर्तक झंझरी के बराबर होता है, जो स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर के विक्षेपण को समायोजित करता है ताकि समान प्रकाश तीव्रता के साथ विवर्तित प्रकाश की दो किरणें माइक्रोस्कोप ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा केंद्रित होने के बाद, डाइक्रोइक प्रिज्म में प्रवेश कर सकें। मापे गए नमूने की सतह के साथ हस्तक्षेप करके हस्तक्षेप फ्रिंज बनाता है।
स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर सिस्टम का मुख्य उपकरण है, और प्रयोग के दौरान अपलोड किए गए फ्रिंज पैटर्न को बदलकर फ्रिंज की अवधि और चरण को सटीक रूप से संशोधित किया जा सकता है। आमतौर पर, 3डी पुनर्निर्माण बिंदु बादल की पार्श्व सटीकता में सुधार करने के लिए, इसे माइक्रोस्कोप के पार्श्व रिज़ॉल्यूशन के करीब बनाने के लिए फ्रिंज अवधि को समायोजित करना आवश्यक है। इस समय, दो बीमों के अधिकतम हस्तक्षेप कोण की गणना ऑब्जेक्टिव लेंस के संख्यात्मक एपर्चर एनए से की जा सकती है।
सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले माइक्रोस्कोप ऑब्जेक्टिव लेंस के मापदंडों (100, एनए =0.8) के अनुसार, डबल बीम का अधिकतम हस्तक्षेप कोण 106 डिग्री है, और रेले मानदंड द्वारा गणना की गई सिस्टम रिज़ॉल्यूशन 406 एनएम है। प्रयोग में, न्यूनतम फ्रिंज अवधि जिसे समायोजित किया जा सकता है वह 452 एनएम है, जो दर्शाता है कि फ्रिंज अवधि के भीतर, चरण बदलाव और कम से कम एक पिक्सेल बिंदु की ऊंचाई के बीच एक समान संबंध है, अर्थात, पुनर्निर्माण की पार्श्व सटीकता पॉइंट क्लाउड 452nm है, जो सिस्टम के इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन के करीब है। छोटी फ्रिंज अवधि के कारण, फ्रिंज की विकृति बड़ी-अवधि फ्रिंज की तुलना में अधिक संवेदनशील होती है, इसलिए इसमें उच्च अक्षीय परिशुद्धता होती है। चरण समायोजन के संदर्भ में, सफेद प्रकाश स्कैनिंग इंटरफेरोमेट्री को पीजोइलेक्ट्रिक डिवाइस की मदद से हस्तक्षेप उद्देश्य लेंस को अक्षीय दिशा में ले जाने की आवश्यकता होती है, और फिर प्रत्येक स्कैनिंग छवि पर शून्य ऑप्टिकल पथ अंतर को कैलिब्रेट करके चरण को फिट करना होता है, इसलिए ऐसा होता है चरण मान में एक निश्चित त्रुटि। हमारे सिस्टम में, चरण समायोजन को स्कैनिंग डिवाइस के बिना स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलेटर पर पिक्सेल को नियंत्रित करके महसूस किया जाता है, इसलिए इसमें उच्च चरण समायोजन सटीकता होती है। इस आधार पर, छवि पर प्रत्येक बिंदु के चरण मॉड्यूलेशन मान की गणना करने के लिए चरण शिफ्ट विधि का उपयोग किया जाता है। उच्च पार्श्व रिज़ॉल्यूशन वाले 3डी पुनर्निर्माण परिणाम तेज़ पुनर्निर्माण एल्गोरिदम के तहत प्राप्त किए जा सकते हैं।
पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म
इस पेपर में, मापे गए नमूने के त्रि-आयामी समोच्च को फिर से बनाने के लिए चार-चरण चरण शिफ्ट विधि का उपयोग किया जाता है, जिसे तीन चरणों में विभाजित किया गया है: छवि प्रीप्रोसेसिंग, चरण मॉड्यूलेशन छवि निष्कर्षण, और शोर बिंदु फ़िल्टरिंग। निम्नलिखित प्रत्येक चरण में उपयोग किए गए एल्गोरिदम को समझाने के लिए नमूने के रूप में रा =100 एनएम के साथ खुरदरापन तुलना मॉड्यूल लेगा। 2.1 छवि प्रीप्रोसेसिंग चूंकि इमेजिंग प्रणाली लेजर रोशनी का उपयोग करती है, इसलिए हस्तक्षेप पैटर्न पर लेजर स्पेकल का प्रभाव अपरिहार्य है। हस्तक्षेप फ्रिंजों को प्रीप्रोसेस करने की प्रक्रिया में, यह पेपर एक अण्डाकार कम-पास फिल्टर का उपयोग करता है, ताकि छवि के आवृत्ति डोमेन में फ्रिंज दिशा के साथ फ़िल्टरिंग त्रिज्या फ्रिंज की ऊर्ध्वाधर दिशा से दोगुनी हो। फ्रिंज पैटर्न आवृत्ति डोमेन में दो केंद्र-सममित चमकीले धब्बों के रूप में दिखाई देता है, और दो बिंदुओं के बीच कनेक्टिंग लाइन की दिशा फ्रिंज की दिशा के लंबवत होती है, और कनेक्टिंग लाइन की दिशा को लंबे अक्ष के रूप में सेट किया जाता है दीर्घवृत्त. चूँकि फ्रिंज अवधि छवि रिज़ॉल्यूशन के करीब है, प्रमुख अक्ष 2 चमकीले धब्बों की दूरी से दोगुना है, और लघु अक्ष 2 बिंदुओं की दूरी के बराबर है। ऐसा डिज़ाइन एक ओर सापेक्ष चरण समाधान में धब्बेदार शोर के प्रभाव को कम कर सकता है, और दूसरी ओर, हस्तक्षेप पैटर्न में मॉड्यूलेशन जानकारी को यथासंभव फ़िल्टर होने से बचा सकता है। आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक फ़िल्टरिंग विधियों के तहत प्रसंस्करण परिणाम दिखाए गए हैं, तुलना फ्रिंज की विकृति को बनाए रखते हुए, फ्रिंज दिशा के साथ छवि के शोर को कम कर सकती है।
