[发明专利]后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法及装置

说明书

本发明涉及后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法及装置，属于表面微细结构测量技术领域，该方法采用后置分光瞳共焦显微术的光路布置对被测样品进行扫描测量，入射光束透过测量物镜会聚到被测样品表面，载有被测样品表面几何形貌信息的反射光经过测量物镜收集进入后置分光瞳激光差动共焦探测系统，经过第一会聚透镜和收集光瞳后，会聚于探测面上，在探测焦面上离轴设置两个区域，测得这两个区域的响应并得出探测器响应特性方程，依据曲线在线性区间内的强度大小，或强度为零的位置，重构出被测样品的表面形貌。该方法结构简单，可有效兼顾系统的空间分辨能力与量程范围，实现物体表面形貌和三维微细结构等的光学高分辨绝对测量。

技术领域

本发明涉及后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法及装置，特别涉及一种分割艾里斑区域探测的高轴向分辨能力的后置分光瞳激光差动共焦显微扫描检测方法，属于微观测量技术领域，特别提供一种可用于检测表面三维微细结构、微台阶、集成电路线宽和微区表面形貌等高分辨力测量的方法。

背景技术

共焦显微技术以其独有的三维层析成像能力和高分辨探测能力在高分辨测量领域得到了广泛的应用，如Chau-Hwang Lee等提出了干涉共焦显微传感技术，用于物体表面形貌的精密测量；Zhi Li等提出了一种横向扫描共焦显微技术，用于MEMS器件在线位移测量；Ganesha Udupa等研制了共焦扫描光学显微镜，用于3D形貌测量；Seokhan Kim等将共焦显微技术与低相干技术相结合用于测量透明样品的厚度与折射率。总体上说，现有共焦传感器测量原理通常分为两类：一类是利用共焦强度响应的斜边直接对被测样品进行测量，另一类是利用共焦强度响应的最大值对样品进行焦点跟踪来实现测量。但现有共焦传感器存在以下不足：当利用共焦强度响应斜边进行测量时，无法实现绝对位移测量，且测量精度受限于共焦强度响应曲线斜边测量区间的非线性、光源强度波动、被测表面散射和反射特性等因素；当利用焦点跟踪测量时，由于共焦传感器焦点对应共焦强度响应灵敏度最差的顶点，因而制约了此类共焦传感器焦点跟踪精度的进一步提高。

为了克服共焦传感器存在的上述不足，哈尔滨工业大学的赵维谦等人曾提出了一种可实现双极性超分辨测量的差动共焦测量技术，其将共焦探测光路系统分为两部分，并将这两个探测系统的点探测器分别置于焦前和焦后位置进行差动探测，继而实现双极性绝对零点跟踪测量等。但是，由于采用了两套独立的探测光路系统，造成差动共焦传感器测量系统结构相对复杂，两点探测器离焦对称位置调整要求严格等不足。

为了简化差动共焦测量系统的结构，北京理工大学赵维谦等人提出了可兼顾分辨力和量程的激光差动共焦theta扫描检测方法(专利号：ZL 201010541404.3)，该方法采用共焦theta显微术的光路布置，其原理如图2所示，将物镜的光瞳面分割为照明光瞳和收集光瞳，并在探测焦面上离轴设置两个区域，测得这两个区域的响应并得出探测器响应特性方程，依据曲线在线性区间内的强度大小重构被测样品三维形貌。该方法有效简化了差动共焦系统的结构，但因在样品入射面采用了倾斜入射样品的光路系统，这就使其在微区激发探测的拉曼光谱、布里渊光谱等散射光谱微区成像时存在空间分辨力降低等不足。

为此，本发明提出非倾斜光束入射的后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法，来克服分光瞳激光差动共焦成像系统与激发散射光谱系统联用时带来的空间分辨力下降的不足等。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述已有技术的不足，提供一种后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法及装置，实现对三维微细结构、微台阶、集成电路线宽、物体表面形貌等的高分辨力光学检测。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明可兼顾分辨力和量程的后置分光瞳激光差动共焦显微扫描检测方法，采用后置分光瞳共焦显微术的光路布置对被测样品进行扫描测量，入射光束透过测量物镜会聚到被测表面，载有被测样品信息的反射光经过测量物镜后，进入后置分光瞳激光差动共焦显微探测系统，具体步骤如下：