[發明專利]雙邊錯位差動共焦測量方法

有效

• 申請號: 201510015231.4
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104568390B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 趙維謙;邱麗榮;王允
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 王民盛

技術領域

本發明屬于光學成像與檢測技術領域，涉及一種雙邊錯位差動共焦測量方法。可用三維微細結構、微臺階、微構槽、集成電路線寬、表面形貌以及表面測量定位等。

背景技術

共焦顯微鏡的思想最早由美國學者M.Minsky于1957年首次提出，并于1961年獲得美國專利，專利號為US3013467。共焦顯微鏡將點光源、點物和點探測器三者置于彼此對應的共軛位置，構成了光學顯微成像中獨具層析能力的點照明和點探測的光學顯微成像系統。

共焦顯微鏡的基本原理如圖1所示，光源1發出的光經過針孔3、分光鏡5、物鏡6在被測樣品7表面聚焦，被測樣品7反射測量光束，該反射測量光束沿原路返回，再通過分光鏡5將來自樣品7的測量光聚焦到置于光電探測器11前的針孔10內，在光電探測器11處形成點探測，光電探測器11接收來自物鏡焦點處的測量光，焦點以外的返回光被針孔10遮擋。當物體位于焦平面F時，光電探測器11接收到的光強最大，當物體偏離焦平面F時，反射光被聚焦在針孔前或后的某一位置，此時光電探測器11僅接收少部分光能量，也就是說物體在離焦時探測到的光強要比在焦平面時弱，光電探測器11便測到圖2所示的共焦軸向響應特性曲線13，共焦顯微鏡通過確定共焦軸向響應特性曲線13的極值點位置便可測得樣品的高度位置。

共焦顯微鏡軸向分辨能力通常通過其軸向響應曲線的半高寬FWHM來表征，FWHM越小，軸向分辨能力越強。但由于受衍射極限等因素的限制，僅通過增大物鏡4數值孔徑NA和減小光波波長λ等來改善共焦顯微鏡軸向分辨的能力有限。

本質上，改善共焦測量系統軸向分辨能力的核心問題就是如何靈敏并準確地確定出共焦軸向響應特性曲線13的最大值位置。

但現有共焦顯微鏡由于通過共焦軸向響應特性曲線13對軸向位移相對不敏感的頂部數據段進行擬合來求其最大值位置，因而其分辨能力的改善就受到制約。

從共焦軸向響應特性曲線13可以看出，其理論特性曲線關于極值點位置左右對稱，而且半高寬FWHM附近的數據對樣品軸向位置非常靈敏，因而本發明提出通過共焦軸向響應特性曲線13半高寬附近的數據段來準確確定其極值點位置，以期改善共焦測量系統的軸向分辨能力。

基于此，本發明提出一種雙邊錯位差動共焦測量方法，以期在不改變共焦測量系統結構的前提下，僅經過測量數據的分析處理就能改善共焦測量系統的軸向分辨能力和信噪比等。

發明內容

本發明的目的是設計一種雙邊錯位差動共焦測量方法，以期實現高精度定位。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種雙邊錯位差動共焦測量方法，包括下列步驟：

步驟一、將共焦軸向強度響應數值14自身一側邊的數據組進行平移S并與其另一側邊數據組交匯并進行錯位差動相減處理；

步驟二、將錯位差動相減處理的數據進行曲線擬合，求曲線擬合方程；

步驟三、求擬合曲線方程的解，確定共焦軸向強度響應數值14的共焦軸向響應特性曲線極值點的準確位置。

本發明一種雙邊錯位差動共焦測量方法，其實現雙邊錯位差動相減的過程包括下列步驟：

步驟一、確定共焦軸向強度響應數值14的最大值M，并以M為界將共焦軸向強度響應數值14分割為左側邊數據組15和右側邊數據組16；

步驟二、保持左側邊數據組15和右側邊數據組16其中一組不動，使另一數據組沿橫向坐標平移S得到新的數據組17，并使數據組17和數據組16在值為M/2的附近交匯；

步驟三、對數據組17和數據組16分別進行同橫坐標點插值處理后再進行逐點相減處理得到雙邊交匯相減數據組22；

步驟四、取相減數據組22零值附近且對軸向位移敏感的數據段進行曲線擬合，得到雙邊交匯相減數據擬合曲線23和擬合方程I_D(z)；

步驟五、求擬合曲線方程I_D(z)＝0的解z＝h；

步驟六、依據h值及相對橫坐標平移量S求得共焦測量系統焦點的精確位置。

本發明方法步驟二中將左側邊數據組15和右側邊數據組16的橫坐標分別加、減S/2，使左側邊數據組15和右側邊數據組16在值為M/2的附近交匯。

本發明方法步驟二中S值大小選為共焦特性曲線的半高寬FWHM。

本發明方法步驟四中對雙邊交匯相減數據組22直接進行直線擬合來加速處理過程。

本發明一種雙邊錯位差動共焦測量方法，其實現雙邊錯位差動相減的過程包括下列步驟: