[發(fā)明專利]垂直彩色共焦掃描方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710121016.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN108253905B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧江汶;施會(huì)豐;宋雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 先進(jìn)科技新加坡有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 北京申翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11214
• 代理人: 艾晶

一種使用共焦成像系統(tǒng)掃描物體表面的方法包括如下步驟：當(dāng)分別用具有第一、第二和第三光譜波形的光線照射所述物體時(shí)，獲取所述物體表面的第一、第二和第三共焦圖像；以及用照相機(jī)捕獲來自被第一、第二和第三光譜波形照射的所述物體的響應(yīng)信號(hào)。所述第一、第二和第三光譜波形各不相同，并且每個(gè)光譜波形的部分區(qū)域與其它任何一個(gè)光譜波形的部分區(qū)域重疊。因此，基于所述捕獲的響應(yīng)信號(hào)，能夠確定對(duì)應(yīng)每張共焦圖像上多個(gè)點(diǎn)的所述物體表面的多個(gè)點(diǎn)的高度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量物體表面輪廓的方法和系統(tǒng)，具體地，涉及一種共焦掃描方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

因?yàn)檠b置的尺寸越來越小，所以在半導(dǎo)體行業(yè)中，尺度測(cè)量的精度要求越來越高。共焦技術(shù)為滿足高分辨率的二維和三維測(cè)量要求提供了很好的方案。具體地，在共焦技術(shù)中，彩色共焦技術(shù)可以提高用于共焦測(cè)量的掃描機(jī)構(gòu)的效率，并且使掃描機(jī)構(gòu)更適合實(shí)時(shí)檢測(cè)。

在彩色共焦系統(tǒng)中，沿著光軸線分散著不同顏色的光線，因此，目標(biāo)物體只能反射小范圍的波長(zhǎng)，并且由成像系統(tǒng)接收反射的波長(zhǎng)。然后，通過分析光譜，可以確定高度信息。光譜分析儀一般包括棱鏡、光柵（或過濾器）以及亮度感測(cè)裝置。

圖1示出了由傳統(tǒng)的共焦系統(tǒng)獲得的示例性彩色共焦信號(hào)光譜的曲線圖。圖中，光譜表示普通的彩色共焦信號(hào)。在曲線圖中，只有一個(gè)峰值，這表明系統(tǒng)只能接收聚焦光，而從物體表面反射的離焦光從針孔射出。換言之，通過查找脈沖信號(hào)或顏色的峰值位置就可以估算被檢測(cè)物體表面的高度，并且可以預(yù)先調(diào)整高度和顏色之間的關(guān)系。為了確定物體的整個(gè)形狀，需要沿著物體表面上的X-Y軸線進(jìn)行二維掃描。

為了進(jìn)一步提高彩色共焦系統(tǒng)的速度，可以用狹縫代替單個(gè)針孔點(diǎn)。公開號(hào)為2010/0188742的美國(guó)專利“狹縫掃描多波長(zhǎng)共焦透鏡模塊和使用其的狹縫掃描顯微系統(tǒng)和方法”公開了一種基于狹縫的彩色或多波長(zhǎng)掃描系統(tǒng)。然而，在這種系統(tǒng)中，由于未聚焦的光可以擴(kuò)散，并且沿著狹縫的方向到達(dá)相鄰像素，所以，串?dāng)_問題嚴(yán)重，降低了系統(tǒng)的深度檢測(cè)精度。

專利號(hào)9025245的美國(guó)專利“彩色共焦顯微鏡系統(tǒng)及其信號(hào)處理方法”公開了一種共焦系統(tǒng)，其使用一對(duì)光纖模塊調(diào)節(jié)線性檢測(cè)光或平面檢測(cè)光。根據(jù)所述系統(tǒng)的描述，檢測(cè)光分別通過濾色片被分為兩個(gè)不同的圖像感測(cè)單元。通過這種方式，產(chǎn)生了兩個(gè)RGB圖像，并且可以根據(jù)這兩個(gè)圖像的亮度比值，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體深度的計(jì)算或表面輪廓的重構(gòu)。然而，所述系統(tǒng)的嚴(yán)重缺陷為：因?yàn)槟承╇s散或未聚焦的光線也可以進(jìn)入系統(tǒng)，造成亮度偏移，并且可以改變色率比值，但是，在本系統(tǒng)中，僅基于最大亮度比值計(jì)算高度信息，所以，這種系統(tǒng)的準(zhǔn)確性低。

因此，本發(fā)明的目的是通過調(diào)節(jié)光源的光譜以提高光色比運(yùn)算的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種共焦掃描方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)可以檢測(cè)捕獲的每個(gè)圖像中的物體外形，同時(shí)，能夠增強(qiáng)圖像中的高度分辨率，而且與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述方法和系統(tǒng)有助于提高掃描速度。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種使用共焦成像系統(tǒng)掃描物體表面的方法。所述方法包括以下步驟：當(dāng)分別用具有第一、第二和第三光譜波形的光線照射所述物體時(shí)，獲取所述物體表面的第一、第二和第三共焦圖像；用照相機(jī)捕獲來自被第一、第二和第三光譜波形照射的所述物體的響應(yīng)信號(hào)；以及基于所述捕獲的響應(yīng)信號(hào)，確定對(duì)應(yīng)每張共焦圖像上多個(gè)點(diǎn)的所述物體表面的多個(gè)點(diǎn)的高度，其中，所述第一、第二和第三光譜波形各不相同，并且每個(gè)光譜波形的部分區(qū)域與其它任何一個(gè)光譜波形的部分區(qū)域重疊。