差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置和方法
【專利摘要】差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置和方法屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域；該裝置包括：激光光源、準(zhǔn)直鏡、正弦光柵、透鏡、第一管鏡、第一二向色鏡、物鏡、樣品、第二二向色鏡、第一濾光片、第二管鏡、第一制冷CCD、第二濾光片、第三管鏡、第二制冷CCD、載物臺(tái)。每個(gè)被測(cè)平面光柵做三次相位平移，每個(gè)相位處，使樣品表面出射的信號(hào)通過(guò)濾光片，取第一制冷CCD和第二制冷CCD收集信號(hào)之差。解調(diào)運(yùn)算可以得到熒光膜上表面和樣品表面兩層結(jié)構(gòu)信息，取下面一層信息即測(cè)得微觀光滑曲率樣品的表面形貌信息。
【專利說(shuō)明】差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置和方法屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于光滑大曲率樣品，由于照明到樣品表面的光因鏡面反射而無(wú)法被完全收集， 或幾乎無(wú)法被收集，所W其表面形貌無(wú)法高精度測(cè)量，甚至無(wú)法測(cè)量。目前，急需一種光學(xué) 測(cè)量方面實(shí)現(xiàn)該類樣品的高精度測(cè)量。遺憾的是目前沒(méi)有技術(shù)可W實(shí)現(xiàn)該一目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚 校正裝置和方法，解決了微觀光滑曲率樣品的表面形貌的高精度測(cè)量問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，包括：
[0006] 照明裝置、第一成像裝置和第二成像裝置；
[0007] 所述的照明裝置按照光線傳播方向依次為；與樣品表面鍛膜英光物質(zhì)波長(zhǎng)相匹 配的激光光源、準(zhǔn)直鏡、正弦光柵、透鏡、第一管鏡、第一二向色鏡、物鏡和載有樣品的載物 臺(tái)；
[0008] 所述的第一成像裝置按照光線傳播方向依次為；物鏡、第一二向色鏡、第二二向色 鏡、第一濾光片、第二管鏡和第一制冷CCD;
[0009] 所述的第二成像裝置按照光線傳播方向依次為；物鏡、第一二向色鏡、第二二向色 鏡、第二濾光片、第H管鏡和第二制冷CCD;
[0010] 所述的照明裝置、第一成像裝置和第二成像裝置共用物鏡與第一二向色鏡；所述 的第一成像裝置和第二成像裝置共用第二二向色鏡；
[0011] 正弦光柵和樣品共輛，第一制冷CCD和第二制冷CCD分別處于與樣品正負(fù)對(duì)稱離 焦的兩個(gè)位置上；所述的鍛膜英光物質(zhì)的膜厚大于2ym，激發(fā)波長(zhǎng)范圍200-1200nm，光功 率小于1W，鍛膜物質(zhì)溶于水或者有機(jī)溶劑。
[0012] 上述差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，正弦光柵周期的范圍是 20Jim-100Jim。
[0013] 上述差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，第一二向色鏡和第二二 向色鏡對(duì)激光光源波長(zhǎng)的反射率均大于50%，對(duì)英光物質(zhì)福射波長(zhǎng)的透射率均大于50%, 對(duì)激光光源波長(zhǎng)的透射率均小于50%。
[0014] 上述差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，第一濾光片、第二濾光 片對(duì)激光光源波長(zhǎng)的透射率小于萬(wàn)分之一，對(duì)英光物質(zhì)福射波長(zhǎng)的透射率大于50%，光學(xué) 密度在4W上。
[0015] 在上述差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置上實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光 大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正方法，包括W下步驟：
[0016] 第一步，將樣品表面鍛英光膜，膜厚度大于2ym，設(shè)置載物臺(tái)總運(yùn)行軌跡長(zhǎng)度為 b，令變量k等于0;
[0017] 第二步，使載物臺(tái)可移動(dòng)部分沿光軸移動(dòng)一個(gè)微小步長(zhǎng)a,令變量r等于1 ;
[0018] 第H步，第一制冷CCD和第二制冷CCD分別采集圖像，得到兩幅大小為pXq的圖 像，將兩幅采集的圖像做差，得到Ib;
[0019] 第四步，將正弦光柵沿垂直于光軸的方向移動(dòng)1/3周期；
[0020] 第五步，令變量r加1，判斷r是否小于4,如果"是"則進(jìn)入第H步，如果"否"則 進(jìn)入下一步；

【權(quán)利要求】
1. 差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，其特征在于，包括： 照明裝置、第一成像裝置和第二成像裝置； 所述的照明裝置按照光線傳播方向依次為：與樣品（8)表面鍍膜熒光物質(zhì)波長(zhǎng)相匹配 的激光光源（1)、準(zhǔn)直鏡（2)、正弦光柵（3)、透鏡（4)、第一管鏡（5)、第一二向色鏡（6)、物 鏡⑵和載有樣品⑶的載物臺(tái)（16); 所述的第一成像裝置按照光線傳播方向依次為：物鏡（7)、第一二向色鏡（6)、第二二 向色鏡（9)、第一濾光片（10)、第二管鏡（11)和第一制冷CCD (12); 所述的第二成像裝置按照光線傳播方向依次為：物鏡（7)、第一二向色鏡（6)、第二二 向色鏡（9)、第二濾光片（13)、第三管鏡（14)和第二制冷CCD (15); 所述的照明裝置、第一成像裝置和第二成像裝置共用物鏡（7)與第一二向色鏡（6);所 述的第一成像裝置和第二成像裝置共用第二二向色鏡（9); 正弦光柵（3)和樣品（8)共軛，第一制冷CCD (12)和第二制冷CCD (15)分別處于與樣 品（8)正負(fù)對(duì)稱離焦的兩個(gè)位置上；所述的鍍膜熒光物質(zhì)的膜厚大于2 ym，激發(fā)波長(zhǎng)范圍 200-1200nm，光功率小于1W，鍍膜物質(zhì)溶于水或者有機(jī)溶劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，其特征 在于：正弦光柵⑶周期的范圍是20iim-100iim。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，其特征 在于：第一二向色鏡（6)和第二二向色鏡（9)對(duì)激光光源（1)波長(zhǎng)的反射率均大于50%， 對(duì)熒光物質(zhì)輻射波長(zhǎng)的透射率均大于50%，對(duì)激光光源（1)波長(zhǎng)的透射率均小于50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置，其特征 在于：第一濾光片（10)、第二濾光片（13)對(duì)激光光源（1)波長(zhǎng)的透射率小于萬(wàn)分之一，對(duì) 熒光物質(zhì)輻射波長(zhǎng)的透射率大于50%，光學(xué)密度在4以上。
5. 在權(quán)利要求1所述的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正裝置上實(shí)現(xiàn)的 差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正方法，其特征在于：包括以下步驟： 第一步，將樣品（8)表面鍍熒光膜，膜厚度大于2 ym，設(shè)置載物臺(tái)（16)總運(yùn)行軌跡長(zhǎng)度 為b，令變量k等于0 ; 第二步，使載物臺(tái)（16)可移動(dòng)部分沿光軸移動(dòng)一個(gè)微小步長(zhǎng)a，令變量r等于1 ; 第三步，第一制冷CXD(12)和第二制冷CXD(15)分別采集圖像，得到兩幅大小為pXq 的圖像，將兩幅采集的圖像做差，得到Ii,; 第四步，將正弦光柵（3)沿垂直于光軸的方向移動(dòng)1/3周期； 第五步，令變量r加1，判斷r是否小于4,如果"是"則進(jìn)入第三步，如果"否"則進(jìn)入 下一步；
第七步，將k加1，判斷kX a是否大于或等于b，如果"否"則重復(fù)重復(fù)第三步到第六步， 如果"是"則進(jìn)入第八步； 第八步，令N = k，那么獲得N層數(shù)據(jù)Ilp，Iy Inp，將所有得到的Ilp，Iy Inp按照軸向 位置組合成三維矩陣，令矩陣的行和列對(duì)應(yīng)圖像的行和列，矩陣的頁(yè)數(shù)對(duì)應(yīng)載物臺(tái)（16)的 步進(jìn)數(shù)； 第九步，將所得三維矩陣的第m行，n列的所有頁(yè)數(shù)據(jù)抽取出來(lái)，得到一個(gè)IXN的行向 量，記錄這個(gè)行向量的正負(fù)峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的層數(shù)kl，k2 ; 第十步，利用P X q個(gè)像素點(diǎn)求出的所對(duì)應(yīng)的層數(shù)kl，k2及步長(zhǎng)a，得到所有p X q個(gè)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的樣品（8)表面鍍膜層結(jié)構(gòu)A和樣品（8)表面形貌結(jié)構(gòu)B，將數(shù)據(jù)A去除，得到樣品（8) 表面形貌結(jié)構(gòu)B。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的差動(dòng)結(jié)構(gòu)光大曲率樣品微觀形貌測(cè)量膜厚校正方法，其特征 在于，還包括第十一步，清洗掉樣品（8)表面的熒光膜。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104359419SQ201410617213
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉儉, 譚久彬, 王紅婷, 劉辰光 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)