[發(fā)明專利]用于確定樣品高度信息的方法以及掃描顯微鏡

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710131546.4
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN107167084A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯姆斯·卡爾克布雷納;赫爾穆特·利珀特
• 申請（專利權(quán)）人: 卡爾蔡司顯微鏡有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/25;G01B9/04
• 代理公司: 上海和躍知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31239
• 代理人: 尹洪波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于確定樣品形貌信息或高度信息的方法以及一種掃描顯微鏡。

為了表征技術(shù)表面且尤其是為了推導(dǎo)粗糙測量值以及形貌，共聚焦顯微鏡是當前使用的標準方法。該方法在例如M.Rohlres、J.Seewig,L著作且由標準出版社有限公司(BeuthVerlag GmbH)2009年于柏林出版的“表面的光學(xué)測量技術(shù)”中有所描述。在許多共聚焦系統(tǒng)中，樣品的掃描在此是在三個空間方向上進行的，也就是說，首先涉及的是點掃描系統(tǒng)，其中光束在x/y方向上被引導(dǎo)(掃描)至樣品上。為了推導(dǎo)出高度信息，還要求樣品相對于探測器單元(在z方向上)移動。通過根據(jù)z位置的強度最大值，可推導(dǎo)出高度信息且因此推導(dǎo)出各x、y位置的形貌。在此情況下，通常使用例如“重心”方法(Tiziani et al.,Opt.Eng.39,32(2000))。該系統(tǒng)的一個示范例是卡爾蔡司顯微鏡有限公司的LSM700。

該方法的一個不足主要是，對3D形貌記錄的額外z掃描需要很長時間。此外，其精確性(高度測量的精度)極大程度地取決于樣品表面相對于探測器單元的定位精度且因此總是具有局限性，或高度精確性要求高度精確且昂貴的致動元件，例如，在壓電的基礎(chǔ)上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是簡化使用掃描顯微鏡時對樣品形貌的確定，或使得可不使用獨立的z掃描即可對樣品進行形貌確定。部分目的可認為是提高記錄速度和/或分辨率。

該目的通過本發(fā)明方法以及本發(fā)明的顯微鏡實現(xiàn)。

本發(fā)明用于確定樣品高度信息的方法，包括以下步驟：生成照明點；使用所述照明點照射所述樣品；捕獲所述照明點在所述樣品上的反射圖像；評估所述圖像的橫向分布；根據(jù)所述橫向分布確定所述高度信息；其中，所述照明點具有三維照明圖案以及/或者探測光路中的所述圖像具有三維探測圖案。

本發(fā)明的掃描顯微鏡包括：照明裝置，其用于用照明點照射樣；掃描裝置，其用于在所述樣品上掃描所述照明點；探測器裝置，其用于由所述樣品反射的所述照明點的空間分辨探測；評估裝置，其用于評估所述探測器裝置的信號；其中，所述照明裝置和/或探測器裝置包括用于生成三維圖案的器件，所述三維圖案具有沿光學(xué)軸不對稱的橫向強度分布中的變化；且所述評估裝置配置成根據(jù)所述探測器裝置的信號確定高度信息。

本發(fā)明有利的結(jié)構(gòu)變形在優(yōu)選實施方式以及以下說明書中予以說明。

本發(fā)明的基本構(gòu)思在于在掃描顯微鏡中，在照明和/或探測側(cè)，使用和評價類似于點擴散函數(shù)的三維照明圖案和/或探測圖案。

在一優(yōu)選實施例中，照明圖案和/或探測圖案具有作為z的函數(shù)(沿光學(xué)軸的z方向)的大的清楚的強度橫向變化。在此情況下，作為z的函數(shù)的清楚的強度橫向變化應(yīng)理解為每個z位置中的照明圖案和/或探測圖案允許與該z位置明確對齊。在此情況下，光學(xué)軸沿與放置樣品的樣品平面正交的平面平行延伸。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，生成三維照明圖案和/或三維探測圖案。樣品優(yōu)選地用照明點以光柵型方式進行掃描，且在此過程中照明圖案被投射至樣品上且/或在探測光路中照明點的圖像具有探測圖案。

由于照明圖案的橫向變化中的z信息的編碼的結(jié)果，可通過例如位置敏感探測器直接讀取每個光柵位置的z信息。此外，總強度信息可以已知的方式用于橫向或x/y或2D圖像生成。

有利地，相比于共聚焦顯微鏡而言，首先不要求z掃描(速度更快)且其次實現(xiàn)了更高的形貌分辨率。

在一有利的實施例中，照明圖案和/或探測圖案具有沿光學(xué)軸(z方向)不對稱的橫向強度分布的變化。在此情況下，光學(xué)軸沿與放置樣品的樣品平面正交的平面平行延伸。

由于探測圖案的橫向變化中的z信息的編碼的結(jié)果，可通過例如位置敏感探測器直接讀取每個光柵位置的z信息。此外，總強度信息可以已知的方式用于橫向或x/y或2D圖像生成。

通過在照明點的一半瞳中引入線性相位分布，可實現(xiàn)尤其簡單的照明圖案。這可通過例如覆蓋一半瞳的一個玻璃楔或者分別覆蓋一半瞳的兩個相向的楔來實現(xiàn)。

為了生成相應(yīng)的三維探測圖案，玻璃楔應(yīng)設(shè)置在探測光路中。

在其他實施例中，可通過例如激光生成具有旋轉(zhuǎn)強度分布的照明圖案和/或探測圖案。生成旋轉(zhuǎn)強度分布使得有必要在照明和/或探測光路中具有相應(yīng)的相位元件。

通過使用包括2個點(Helix,PRILM)的照明圖案，2個點的(相反方向的)信號可被平均以提高信號的質(zhì)量。但是，如果每個點獨立評估，橫向分辨率則因此提高。在此情況下，z信息也可通過所述點的位置取得。與此同時，獨立評估也因此使得可加快圖像記錄的速度，因為實際上2個點被同時用于成像。