基于视觉检测的原子力显微镜探针自动定位技术研究

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1、单位代码１０１４４垂—编号——朋＿硕±学位论文题Ｓｉ寻說瑜Ｊ私满议良寺方＃ｉｆ、钟ａ為方！１位故衣呵裝妍究生姓名却］焉季十ＩＩ（届拍甸础施封星铅杉搜专业）导师姓名杳；扛套起新目｛论义完成）ＢＭ訓叫項建ｉ巧＾欠凄ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏ打ｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ沈阳理工大学硕±学位论文原创性声明，由作者本本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，，本论文不包含任并与参考文献相对应。

2、除文中已注明引用的内容外何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中ｙＡ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字；＞到热古日期：年３月Ａ日学位论文版权使巧授权书本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和磁盘。本人授权沈阳理工，允许论文被查阔和借阅大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、汇

3、编学位论文。、缩印或其它复制手段保存（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签备指导教师签备曰脱卖化日期：成备＊／若分类号：TH89密级：ＵＤＣ：681编号：工学硕士学位论文基于视觉检测的原子力显微镜探针自动定位技术研究硕士研究生：刘静怡指导教师：李洪奎副教授赵新刚研究员学科、专业：控制理论与控制工程沈阳理工大学2016年3月分类号：TH89密级：ＵＤＣ：681编号：工学硕士学位论文基于视觉检测的原子力显微镜探针自动定位技术研究硕士研究生：刘静怡指导教师：李洪奎副教授赵新刚研究员学位级别

4、：工学硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：沈阳理工大学论文提交日期：2015年12月6日论文答辩日期：2016年3月10日学位授予单位：沈阳理工大学ClassificationIndex:TH89U.D.C:681AThesisfortheDegreeofEngineeringAutomaticLocationTechnologyoftheAtomicForceMicroscope’sProbeBasedonVisualInspectionCandidate:LiuJingyiSupervisor:Prof.Li

5、HongkuiProf.ZhaoXingangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ControlTheoryandControlEngineeringDateofSubmission:December6,2015DateofExamination:March10,2016University:ShenyangLigongUniversity摘要近些年来，随着半导体工业的发展，芯片的集成度越来越高，其关键单元的特征尺寸已经达到数十纳米。这对现有的工业

6、检测手段提出了新的要求与挑战。目前普遍采用的光学检测技术与电子显微检测技术已经很难满足高集成度集成电路(IntegratedCircuit,IC)关键单元特征尺寸的检测需求。原子力显微镜(AtomicForceMicroscope,AFM)是一种具有亚纳米级分辨精度，环境适应能力强，可实现对扫描样品进行无损检测的高精密实验仪器。目前，AFM已经在生物、材料、化学等领域得到广泛应用。但由于当前AFM的使用多集中在实验室环境中，扫描探针与样品逼近、目标位置的逼近以及扫描探针更换等过程均为手动实现，尚不能满足工业级应用所要求的

7、自动化水平。所以AFM工业化自动化的实现仍存在大量的技术难题。本论文在实验室自主研发的AFM操作平台的基础上展开研究，着重解决AFM工业化过程中存在的若干技术难题，在详细分析产业需求的基础之上，着重开展以下研究工作：1AFM探针自动逼近方法研究。常规科学型AFM下针过程均为目视手动操作完成，无法实现工业应用中连续检测的要求。本文提出了一种基于机器视觉与精确力控制的AFM自动逼近技术。该方法采用粗精结合的分段式方法实现AFM探针与扫描样品的自动逼近。与此同时，本文对计算机视觉中的自动聚焦算法进行了改进工作，提高了聚焦的精度

8、与算法的普适性。2目标位置自动逼近方法研究。在AFM扫描成像过程中，要实现对样品特定位置进行扫描是很困难的，由于视觉差异，很难实现样品与探针的定位问题。本文基于机器视觉提出了一种扫描探针针尖盲定位技术。通过二维视觉坐标，三维运动平台坐标以及三维纳米平台坐标的转化，将扫描样品特定位置移动至扫描探针针尖之下，进而实现对样