[發明專利]多模式的干涉共焦顯微系統

在審

• 申請號: 201410778274.3
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104501739A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 萬新軍;楊波;張薇;朱偉超
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明涉及精密三維測量領域，具體涉及一種可實現多模式切換、具有良好測量適應性的干涉共焦顯微系統。

背景技術

隨著微細加工技術的發展逐步豐富和精細，微電路、微光學元件、微機械以及其它各種微結構不斷出現，使得測量微結構表面形貌的需求越發迫切。微結構表面是由微觀結構單元組成的復雜三維結構，其測量一般都需要借助直接的或間接的顯微放大，而且要求有較高的橫向分辨率和縱向分辨率。同時，與測量平滑表面不同，測量微結構表面不僅要測量表面的粗糙度或瑕疵，還要測量表面的輪廓、形狀偏差和位置偏差。

干涉顯微法是光學干涉法與顯微系統相結合的產物，通過在干涉儀上增加顯微放大視覺系統，提高了干涉圖的橫向分辨率，使之能夠實現微結構的三維表面形貌測量。隨著計算機技術、現代控制技術以及圖像處理技術的發展，干涉顯微法出現了測量精度達到納米級別的單色光相移干涉法(PSI)和白光垂直掃描干涉法(VSI)。與其它表面形貌測量方法相比，干涉顯微法具有快速、非接觸的優點，而且可以與環境加載系統配合完成真空、壓力、加熱環境下的結構表面形貌測量，因而在微電子、微機電系統以及微光機電系統的結構表面形貌測量上得到了廣泛應用。

單色光相移干涉法(PSI)是基于單色光干涉的一種相位測量方法，通過測量分析干涉圖的干涉相位Ф來提取樣品表面的高度信息。PSI法一般使用微位移器諸如壓電陶瓷(PZT)等，產生干涉圖相位Ф的移動，利用三幅以上的相移干涉圖的光強值來求取樣品表面的高度值。單色光干涉條紋存在著周期性，如果相鄰兩個點的高度超過1/4波長，即干涉相位值超過π，那么某一個干涉圖光強值就可能對應著不同的光程差值。因此，PSI法不能測量高度超過該單色光1/4波長的臺階結構。

白光垂直掃描干涉法(VSI)是基于白光干涉的一種垂直掃描測量方法，通過測量分析干涉圖零光程差位置來提取樣品表面高度信息。由于白光是寬帶光源，因此白光干涉圖是不同波長光干涉的疊加。由于白光相干距離短，干涉圖在零光程差位置時某些特征參數如光強、對比度會達到最大值，因此VSI法通過精確移動測量平面M，掃描被測表面得到一系列不同高度值的干涉圖，然后應用白光干涉處理算法提取被測表面各點的垂向零光程差位置，進而還原被測表面的三維形貌。與PSI法相比，VSI法克服了臺階高度測量受限的缺點，但是目前其測量精度比PSI法低。

共焦顯微鏡技術是通過獲取樣品表面不同高度處的切片圖像，然后計算各幅切片圖像光強峰值的位置，得到被測物的表面三維形貌。在共焦顯微系統中，點光源、被測物表面以及探測器前的小孔三者之間是互相共軛的。通過掃描機構使得共焦顯微鏡可以將整個被測物表面上的點全部成像，再經過圖像融合處理得到整個平面的圖像；或者可以使用結構光來達到面成像，精度比點成像稍差，但是速度快很多。三維共焦圖像不但具有比普通顯微鏡更高的橫向分辨率，而且更突出的優點是它具有很強的物體軸向細節的分辨能力，尤其比較適合粗糙樣品表面的測量。

但是由于被測物體表面的多樣性，不同表面粗糙度水平或者臺階高度的樣品所需要應用的算法不同，當下并沒有任何一種算法可以適應任何情況。所以需要可以同時存在多種測量方式的三維顯微測量系統，這樣的話，不論被測物的特性如何都可以應用適合的算法得到表面形貌。

發明內容

本發明是針對上述問題進行的，目的在于提供一種多模式的干涉共焦顯微系統，可以根據被測物的測量需要切換適合的測量模式來對被測物的表面進行測量。

本發明為實現上述目的，采用了以下的技術方案：