第一章 绪论 1
1.1形貌测量概述 1
1.2微观形貌测量 3
1.2.1机械触针轮廓术 3
1.2.2光学轮廓术 6
1.2.3光学探针轮廓术 15
1.2.4扫描电子显微镜 20
1.2.5扫描隧道显微镜 22
1.2.6原子力显微镜 24
1.3微观形貌测量技术应用及其发展 25
第二章 相移干涉原理 29
2.1相移干涉术 29
2.1.1分步进相移干涉术 31
2.1.2线性连续相移干涉术 34
2.2最佳采样方式 38
2.3移相方式 40
2.3.1偏振移相 42
2.3.2光栅衍射移相 42
2.3.3倾斜玻璃板移相 43
2.3.4压电陶瓷移相 43
2.4相位计算 47
2.4.1相位提取算法 47
2.4.2相位解包裹算法 48
2.5影响测量误差的主要因素 51
第三章 相移提取算法 55
3.1经典相位提取算法 56
3.1.1最小二乘算法 56
3.1.2同步检测算法 56
3.1.3权重最小二乘算法 57
3.2快速相位提取算法 58
3.2.1传统快速相位提取算法 58
3.2.2传统快速相位提取算法精度 59
3.2.3改进快速相位提取算法 65
3.2.4快速相位提取算法及其分析 67
3.3特征多项式相位提取算法 70
3.3.1特征多项式 70
3.3.2高次谐波不敏感性分析 71
3.3.3多项式的离散傅里叶变换 72
3.3.4利用特征多项式构造算式 74
3.4非线性相移误差不敏感算法 77
3.4.1基于Lissajous图的最小二乘拟合算法 78
3.4.2对基于Lissajous图的相位提取算法的改进和发展 81
第四章 相位解包裹算法 87
4.1传统相位解包裹的数学描述 90
4.1.1一维数学模型 90
4.1.2二维数学模型 91
4.2顺序扫描解包裹 93
4.3快速离散余弦变换解包裹 96
4.3.1二维非权重模型 96
4.3.2二维权重模型 99
4.4数值模拟相位解包裹算法 103
4.4.1基于参考相位阈值的相位解包裹算法 103
4.4.2基于一维FFT的相位解包裹算法 104
4.4.3运用Zemike多项式的相位解包裹算法 105
4.4.4基于相位跳变线估测的相位解包裹算法 110
4.4.5基于理想平面拟合的相位解包裹算法 111
4.5路径相依型相位解包裹算法 112
4.5.1 Goldstein枝切算法 112
4.5.2质量导引路径相依型算法 118
4.6最小范数二维相位解包裹算法 120
4.7解包裹相位图平滑处理 123
第五章 干涉显微测量 127
5.1干涉显微镜 127
5.2微分相衬干涉显微测量系统 132
5.2.1微分相衬干涉显微镜 133
5.2.2图像采集电路 134
5.2.3相移驱动系统 135
5.3微分相衬干涉显微成像光路 135
5.3.1光路结构 135
5.3.2数学模型 136
5.3.3被测相位 139
5.3.4干涉图像 141
5.4测量数据处理 141
5.4.1形貌计算 142
5.4.2粗糙度参数的定义及计算 143
5.5测量流程及软件框图 147
第六章 微分相衬干涉显微测量 149
6.1测量系统光路的调整 151
6.1.1检偏器零位的调整 151
6.1.2 1／4波片快轴方向的调整 151
6.1.3 Nomarski棱镜剪切方向的调整 152
6.1.4 Nomarski棱镜零位的调整 152
6.2工作台倾斜的软件调平 153
6.3图像滤波与平滑 154
6.4典型试件测量实例 158
6.4.1台阶高度测量 158
6.4.2光盘盘片表面凹坑 159
6.4.3硅片表面划痕 159
6.5相位解包裹实验 161
6.5.1原理包裹的去除 161
6.5.2噪声包裹的去除 161
6.6 Ra测量对比实验 168
6.7系统的分辨率 170
6.7.1水平分辨率 170
6.7.2垂直分辨率 170
6.8系统的测量范围 172
6.8.1表面差分测量范围 172
6.8.2表面高度测量范围 173
6.8.3表面粗糙度测量范围 174
6.9重复测量精度 174
6.9.1表面形貌高度的重复测量精度 174
6.9.2 Ra重复测量精度 183
6.10系统的稳定性 185
第七章 多项式拟合 187
7.1 Zernike圆多项式 188
7.2 Zernike圆多项式项数确定 196
7.3最小二乘正则法 204
7.4 Gram-Schimdt正交法 205
第八章 相移干涉显微测量系统误差分析 209
8.1移相器产生的移相误差 209
8.1.1线性误差 210
8.1.2二阶非线性误差 211
8.2探测器的二次非线性响应误差 212
8.3多光束干涉引起的误差 213
8.4高频噪声影响 215
8.5相位测量精度分析 216
8.5.1 1／4波片的相位延迟误差 216
8.5.2 1／4波片的方位角误差 217
8.5.3检偏器转角误差（移相误差） 220
8.6应用相位提取算法减小和消除相位测量误差 222
8.6.1半周期四帧相位提取算法 222
8.6.2无图像平滑滤波时相位提取算法实验验证 225
8.6.3有图像平滑滤波时相位提取算法实验验证 230
8.7测量系统的表面形貌计算误差 233
8.8 Normaski棱镜对测量结果的影响 234
8.9测量系统的其他误差分析 235
8.9.1光源的影响 235
8.9.2显微物镜数值孔径的影响 236
8.9.3采样间隔的影响 236
8.9.4样品倾斜对测量结果的影响 237
8.9.5离焦对测量结果的影响 238
8.9.6被测表面反射率及光波透入深度的影响 243
第九章 光电传感器位移测量 245
9.1光电传感器数值读取 245
9.2振幅能量式传感器 247
9.3振幅相位式传感器 247
9.4振幅频率式自动反射镜传感器 248
第十章 光电传感器测角、标定和对中系统 251
10.1测角、标定和对中系统 251
10.2零位对中 253
10.3小角度切线位移 254
10.4系统组成 255
10.4.1总体结构 255
10.4.2零部件的结构 256
10.4.3空气静压轴承 256
10.4.4光电传感器的定位 257
10.5精度装调 260
10.6误差与精度分析 262
10.6.1系统误差 262
10.6.2随机误差 264
10.7标定系统精密轴系 265
10.7.1标定系统 265
10.7.2精密轴系 265
10.7.3精密轴系的组成 267
10.7.4精密轴系的结构 269
10.7.5精密轴系关键零部件的设计 278
10.7.6精密轴系控制驱动及转角读出系统 281
图索引 287
表索引 295