[發明專利]基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201410157861.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103900493A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 唐燕;何渝;趙立新;朱江平;胡松
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量裝置，該裝置包括數字微鏡陣列、成像單元、半透半反鏡、白光光源、干涉顯微物鏡、待測物體、工件臺、控制單元、光譜儀、光纖、光纖耦合單元；其中：數字微鏡陣列、成像單元、半透半反鏡、干涉顯微物鏡及待測物體依序位于微納結構形貌測量裝置的光軸上；數字微鏡陣列位于成像單元和光纖耦合單元之間，數字微鏡陣列的表面與光纖耦合單元的光軸之間具有一角度，且成像單元的成像面與光纖耦合單元的耦合面相互垂直；半透半反鏡的半透半反面與干涉顯微物鏡的光軸之間具有一角度；白光光源輸出的平行光束與干涉顯微物鏡的光軸垂直；待測物體設于干涉顯微物鏡的成像面上；工件臺位于待測物體上；控制單元的數據端與光譜儀的數據端連接；光纖的兩端分別連接光纖耦合單元的輸出端和光譜儀的數據端連接；光纖耦合單元的耦合面位于數字微鏡陣列的輸出光束上；光源發出的白光經擴束準直后，通過半透半反鏡投射到干涉顯微物鏡上，干涉顯微鏡將白光分別投射到待測物體表面和干涉顯微鏡內部的參考鏡表面，使待測物體表面及參考鏡表面的反射光發生干涉，再次經過半透半反鏡，獲得干涉光強并經成像單元后成像至數字微鏡陣列的表面；逐一控制數字微鏡陣列像素對應微鏡偏轉角度，使不同像素對應的干涉光強逐一進入光纖耦合單元，光譜儀接收并獲得干涉光強對應的光譜信息，并傳入控制單元進行光譜分布相位解析，實現對數字微鏡陣列上每一像素點對應待測物體表面相對高度的檢測。

2.根據權利要求1所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量裝置，其特征在于：所述數字微鏡陣列表面與光纖耦合的單元光軸之間具有33°±5°角度；所述半透半反鏡的半透半反面與干涉顯微物鏡的光軸之間具有45°角度。

3.一種使用利要求1所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量裝置的微納結構形貌測量方法，其特征在于：光源發出的白光經擴束準直后，通過半透半反鏡投射到干涉顯微物鏡上，干涉顯微鏡將白光分別投射到待測物體表面和干涉顯微鏡內部的參考鏡表面，使待測物體表面及參考鏡表面的反射光發生干涉，再次經過半透半反鏡，獲得干涉光強并經成像單元后成像至數字微鏡陣列的表面；逐一控制數字微鏡陣列的像素對應微鏡偏轉角度，使不同像素對應的干涉光強逐一進入光纖耦合單元，光譜儀獲得干涉光強對應的光譜信息，傳入控制單元并對干涉光強對應的光譜分布進行相位解析，實現對數字微鏡陣列上每一像素點對應待測物體表面相對高度的檢測。

4.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：所述控制數字微鏡陣列各個微鏡偏轉角度是控制數字微鏡陣列的某一像素對應微鏡的偏轉角度，使投影在數字微鏡陣列上的干涉光強進入光纖耦合單元。

5.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：還包括：利用工件臺帶動待測物體做x、y方向平面運動，對待測物體不同區域進行檢測，通過數據拼接實現大尺寸待測物體表面高度測量。

6.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：所述光譜分布相位解析是使用相移法、傅里葉變換法、小波變換法中的一種。

7.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：使用所述光譜分布獲得物體高度的步驟包括：所述光譜分布的波長為λ值，其對應相位值為φ，對2π/λ、φ進行一次項擬合，獲得相位值關系，φ＝2πk/λ，擬合參數k即為該光譜分布對應待測物體的高度。

8.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：放置待測物體的工件臺在二維平面內通過電動或手動方式任意自由移動。

9.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：所述數字微鏡陣列通過控制單元進行控制，控制單元可直接控制數字微鏡陣列上每個像素單元對應微鏡的偏轉角度。

10.根據權利要求3所述基于數字掃描白光干涉的微納結構形貌測量方法，其特征在于：所述一次項擬合采用最小二乘法優化算法、B樣條優化算法、擬牛頓優化算法中的一種。