[發明專利]高速傳感共焦顯微測量方法

有效

• 申請號: 201811343690.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109307481B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 趙維謙;孫迎賓;邱麗榮;王允
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種高速傳感共焦顯微測量方法，屬于光學成像與檢測技術領域。本發明將共焦軸向特性曲線自身兩側數據組錯位相減除以相加得到傳感特性曲線，對樣品軸向掃描時將軸向掃描間隔定為錯位量，掃描完成后將軸向掃描數據中光強最大值和光強次大值相減除以相加處理，然后利用傳感特性曲線準確反算出共焦軸向特性曲線極值點位置。利用本發明對樣品掃描時所設軸向掃描間隔為錯位量大小，本發明軸向掃描間隔大，因此可顯著提高現有共焦測量方法的成像效率；同時該方法的傳感特性曲線對樣品軸向位置的變化非常靈敏，因此該由該方法計算共焦軸向特性曲線極值點位置的精度比現有共焦測量方法高。本發明將為共焦成像/檢測領域提供一種新的技術途徑。

技術領域

本發明涉及一種高速傳感共焦顯微測量方法。可用于三維微細結構、微臺階、微溝槽、集成電路線寬、表面形貌及表面測量定位等。屬于光學成像與檢測技術領域。

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顯微成像系統。

共焦顯微鏡的基本原理如圖1所示，光源發出的光經過空間濾波針孔和分光鏡被物鏡聚焦在被測樣品的表面上，由被測樣品反射的攜帶樣品信息的測量光沿原路返回，通過分光鏡反射最終將來自樣品的測量光聚焦到置于光電探測器前的針孔內。光電探測器為點探測，主要接收來自物鏡焦點處的測量光，焦點以外的返回光被針孔遮擋。當物體位于焦平面F時，光電探測器接收到的光強最大，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，此時光電探測器僅接收一小部分光能量，也就是說物體在離焦時探測到的光強要比在焦平面時弱，這樣就可以通過光電探測器檢測到圖2所示的共焦軸向響應曲線13，通過獲取共焦軸向響應曲線的極值點位置來測得樣品的高度位置。

常用的獲取共焦軸向響應曲線的極值點位置的方法有最大值法、質心法、高斯函數擬合法、多項式擬合方法。這些方法獲取曲線的極值點位置的精度都受軸向特性曲線的主瓣(Main lobe)上的有效數據點個數的影響，有效數據點個數太少會嚴重影響極值點位置獲取精度。為了提高精度而增加軸向特性曲線Main lobe上的有效點個數又會造成掃描效率的下降。因此，現有的方法無法兼顧精度和速度。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術無法兼顧精度和速度的問題，提供一種高速傳感共焦顯微測量方法，該方法對樣品掃描時所設軸向掃描間隔與現有的共焦測量方法相比軸向掃描間隔更大，因此可顯著提高現有共焦測量方法的成像效率；同時該方法獲得的傳感特性曲線對樣品軸向位置的變化非常靈敏，因此該由該方法計算共焦特性曲線極值點位置的靈敏度和精度比現有共焦測量方法高，該方法能夠同時提高極值點位置獲取精度和掃描效率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種高速傳感共焦顯微測量方法，由于獲取傳感特性曲線的途徑不同，將高速傳感共焦顯微測量方法分為兩種情況，下面對兩種情況的步驟分別介紹。

情況一包括以下步驟：

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

步驟二、保持右側邊數據組不動，使左側邊數據組沿橫向坐標平移S得到左側邊右移數據組，左側邊右移數據組和右側邊數據組交匯；

步驟三、對右側邊數據組和左側邊右移數據組分別進行相同橫坐標點的插值處理，將插值處理后的兩組數據中橫坐標相同的兩數據點相減再除以其相加值，從而得到左側邊右移相減除以相加數據組；