一种表面形貌测量方法、半导体测量系统和存储介质与流程
本技术涉及光学测量，具体涉及一种表面形貌测量方法、半导体测量系统和存储介质。
背景技术：
1、在利用菲索干涉仪、数字全息术等光学干涉方法进行物体表面三维形貌测量时，需要通过相位解包技术将包裹相位（被截断在[-π,π]区间内的相位值）恢复为连续的绝对相位，从而计算表面高度分布。对于表面形变剧烈或翘曲度大的被测物体，其包裹相位图中将包含高空间频率成分，对应的相位梯度值大且变化剧烈。
2、传统的相位解包算法多在相位域直接进行，通过识别和补偿2π跳变来恢复连续性。然而，在高梯度区域，密集的2π跳变使得解包路径极易出错，误差会迅速传播，导致解包失败。为提升鲁棒性，质量引导路径法被广泛采用，其根据相位质量图（如相位导数方差、调制强度等）确定最优解包顺序。但此类方法本质上仍在处理包裹相位本身，当梯度接近或超过奈奎斯特极限时，相位域的信息已因混叠而失真，质量图的计算也会随之失效，解包过程依然面临根本性困难。
3、在一些新的研究中，相位解包算法转向梯度域进行，即先对包裹相位的梯度场进行解包或校正，再通过积分恢复相位。这类方法将问题转化为对一维梯度序列的处理，一定程度上降低了复杂度，然而，现有梯度域方法面临两大挑战：一方面，现有技术往往对梯度场进行全局或分区校正后即进行积分，而梯度场本身同样存在包裹现象，且在高频区域更为严重，直接对其解包并不比相位域解包更容易；另一方面，也缺乏在梯度域内直接进行智能路径规划的有效手段。这些都会导致当梯度场噪声大或存在剧烈不连续时，难以获得正确的连续梯度场，而导致最终重建的相位出现偏差或完全错误。
技术实现思路
1、本技术提供一种表面形貌测量方法、半导体测量系统和存储介质，旨在解决现有技术中在表面形变剧烈的高梯度区域，由于相位梯度场自身包裹严重且缺乏智能引导机制，导致在梯度域内直接进行可靠相位解包失败的技术问题。
2、第一方面，本技术实施例提供一种表面形貌测量方法，包括：
3、根据干涉条纹图像获取被测物体表面区域的包裹相位图，确定待解包的加权梯度场；其中，所述加权梯度场表征被测物体表面两个正交方向上的相位梯度分布；
4、根据与所述加权梯度场相对应的包裹相位图，为梯度场中的每个像素点匹配质量因子；
5、根据每个像素点对应的质量因子，确定在所述加权梯度场中进行相位解包的展开路径；
6、按照所述展开路径，在梯度域中对所述加权梯度场执行相位展开操作，获得解包后的连续梯度场；
7、根据所述解包后的连续梯度场，重建被测物体表面的连续解包相位分布；
8、根据所述连续解包相位分布，确定所述被测物体的表面三维形貌。
9、一些实施例中，所述为梯度场中的每个像素点匹配质量因子，包括：
10、计算所述包裹相位图的局部信噪比和/或相位变化的连续性；
11、按照局部信噪比由高到低，和/或相位变化的连续性由强到弱，为每个对应的像素点匹配由大到小的质量因子。
12、一些实施例中，计算所述相位变化的连续性，包括：
13、基于所述加权梯度场，计算相邻像素间的相位差以分析局部梯度变化；
14、根据所述局部梯度变化，确定相位变化的连续性。
15、一些实施例中，所述根据每个像素点对应的质量因子，确定在所述加权梯度场中进行相位解包的展开路径，包括：
16、以质量因子最大值对应的像素点为起始点；
17、按照质量因子从高到低的顺序，规划并调整相位展开的全局路径，以生成所述展开路径。
18、一些实施例中，所述按照所述展开路径，在梯度域中对所述加权梯度场执行相位展开操作，包括：
19、沿所述展开路径顺序处理像素点，在当前像素点的质量因子大于等于预设阈值时，执行相位展开；
20、在当前像素点的质量因子低于所述预设阈值时，跳过当前像素点；
21、在完成所有高质量因子像素点的展开后，基于已展开区域的相位分布，对跳过未处理的低质量因子像素点进行相位补偿与修正。
22、一些实施例中，所述根据干涉条纹图像获取被测物体表面区域的包裹相位图，包括：
23、获取被测物体表面产生的多幅干涉条纹图像；
24、根据预设的初始相移量和所述多幅干涉条纹图像，计算初始相位分布；
25、根据所述初始相位分布迭代修正相移量，直至相移量变化量小于收敛阈值，并以收敛后的相位分布作为所述包裹相位图。
26、一些实施例中，所述确定待解包的加权梯度场，包括：
27、根据被测物体表面区域的包裹相位图，生成与所述包裹相位图相对应的有效区域二值掩膜；其中，所述有效区域对应于被测物体的表面区域；
28、计算所述包裹相位图在两个正交方向上的相位梯度场；
29、利用所述有效区域二值掩膜对所述相位梯度场进行加权处理，获得所述加权梯度场。
30、一些实施例中，所述生成与所述包裹相位图相对应的有效区域二值掩膜，包括：
31、根据所述包裹相位图或对应的干涉图强度分布，识别被测物体的表面有效区域与背景区域；
32、生成二值矩阵，其中所述表面有效区域被赋予第一权重值，所述背景区域被赋予第二权重值，以形成所述有效区域二值掩膜。
33、一些实施例中，所述识别被测物体的表面有效区域与背景区域，包括：
34、将干涉图强度高于或低于预设阈值的连续区域定义为所述有效区域，并将其余区域定义为所述背景区域；
35、或者，
36、将相位值连续变化且信噪比高于预设阈值的区域定义为所述有效区域；将存在相位跳变不连续、信噪比低于预设阈值或数据缺失的区域定义为所述背景区域。
37、一些实施例中，所述利用所述有效区域二值掩膜对所述相位梯度场进行加权处理，获得所述加权梯度场，包括：
38、在两个正交方向上分别对所述有效区域二值掩膜进行差分运算，获得对应方向上的权重分布；
39、将所述相位梯度场与对应方向的所述权重分布进行逐点相乘，获得加权后的梯度场。
40、一些实施例中，所述根据所述解包后的连续梯度场，重建被测物体表面的连续解包相位分布，包括：
41、根据两个正交方向上解包后的连续梯度场，构建泊松方程；
42、在有效区域边界条件的约束下，迭代求解所述泊松方程，以获得所述连续解包相位分布。
43、一些实施例中，所述在有效区域边界条件的约束下，迭代求解所述泊松方程，以获得所述连续解包相位分布，包括：
44、在所述有效区域二值掩膜的约束下，根据所述两个正交方向上解包后的连续梯度场，迭代求解所述泊松方程；
45、在每次迭代计算后更新相位值，并将更新后的相位分布与所述有效区域二值掩膜进行点乘运算；
46、重复迭代过程直至满足预设的收敛条件，以收敛后的相位分布作为被测物体表面区域的连续解包相位分布。
47、一些实施例中，构建的泊松方程的表达式为：
48、；
49、其中，表示被测物体表面区域的连续解包后的相位分布；和分别表示像素点(
x,
y)两个正交方向上解包后的连续梯度。
50、第二方面，本技术实施例提供一种表面形貌测量系统，包括：
51、干涉测量装置，用于获取被测物体表面的干涉信息；
52、处理器，与所述干涉测量装置通信连接，被配置为执行如第一方面任意实施例所述的表面形貌测量方法。
53、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被处理器执行时，实现如第一方面任意实施例所述的表面形貌测量方法。
54、本技术实施例提供的表面形貌测量方法和实现该方法的半导体测量系统，依次通过根据干涉图像获取包裹相位图并确定加权梯度场；基于包裹相位图为梯度场中各点匹配质量因子；依据质量因子规划解包路径；沿该路径在梯度域中对加权梯度场执行相位展开，获得连续梯度场；据此重建连续解包相位分布；最终转换为三维形貌。本实施例将解包操作从传统的相位域转移至梯度域，且特别针对高梯度、相位变化剧烈的表面区域，通过引入质量因子与路径引导的双重机制，依据原始相位数据的质量评估来动态指导解包次序，显著增强了在高空间频率变化区域相位恢复的稳定性与准确性，克服了传统方法在复杂形貌测量中易失效的局限，实现了对剧烈形变表面高精度、高鲁棒性的三维重建。
55、另外，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，具有如上述表面形貌测量方法相同的有益效果。