本發(fā)明屬于光學(xué)精密檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)非接觸微納結(jié)構(gòu)檢測(cè)裝置，特別是一種基于白光干涉測(cè)量原理的大范圍、超分辨微納結(jié)構(gòu)表面形貌測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

隨著微納結(jié)構(gòu)器件的廣泛應(yīng)用，為保證器件加工質(zhì)量，需要對(duì)微納結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行高精度檢測(cè)?，F(xiàn)有微納結(jié)構(gòu)形貌檢測(cè)技術(shù)中，顯微白光干涉方法具有測(cè)量范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是微納結(jié)構(gòu)檢測(cè)的主要技術(shù)。然而，盡管現(xiàn)有顯微白光干涉測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)z向測(cè)量精度，但是，其橫向分辨率受衍射極限限制，難以突破200nm分辨率極限，無(wú)法用于高分辨率微納結(jié)構(gòu)的三維形貌檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有白光干涉測(cè)量設(shè)備進(jìn)行分辨力200nm以下的微納結(jié)構(gòu)三維形貌檢測(cè)的問(wèn)題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨力、大范圍微納結(jié)構(gòu)三維形貌檢測(cè)的裝置。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種振幅相位聯(lián)合調(diào)制超分辨微納結(jié)構(gòu)形貌測(cè)量裝置，該裝置包括白光光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、數(shù)字微鏡陣列、分光棱鏡、干涉顯微物鏡、三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)、第一成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、CCD和控制系統(tǒng)，其中：CCD、第二成像系統(tǒng)、分光棱鏡、干涉顯微物鏡、待測(cè)物體、三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)依序位于干涉顯微物鏡光軸上；第一成像系統(tǒng)與數(shù)字微鏡陣列與分光棱鏡位于同一水平面，且數(shù)字微鏡陣列表面法線、第一成像系統(tǒng)光軸與與顯微干涉物鏡光軸垂直；白光光源與準(zhǔn)直系統(tǒng)光軸重合，且與數(shù)字微鏡陣列表面成角度，白光光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后，投射到數(shù)字微鏡陣列表面，經(jīng)反射后通過(guò)第一成像系統(tǒng)、分光棱鏡以進(jìn)入干涉顯微物鏡，并分別投射到待測(cè)物體表面和顯微干涉物鏡內(nèi)部的參考鏡表面，其反射光發(fā)生干涉，并經(jīng)過(guò)分光棱鏡、第二成像系統(tǒng)后被CCD接受，工作過(guò)程中，工件臺(tái)首先進(jìn)行縱向掃描，對(duì)應(yīng)每個(gè)掃描位置，數(shù)字微鏡陣列均變換一組圖片，對(duì)照明光場(chǎng)振幅進(jìn)行調(diào)制，由CCD記錄下不同縱向掃描位置對(duì)應(yīng)不同數(shù)字微鏡陣列變換后的干涉場(chǎng)圖像，通過(guò)對(duì)一系列干涉圖像進(jìn)行處理，獲得該視場(chǎng)對(duì)應(yīng)待測(cè)物體三維形貌，然后橫向移動(dòng)工件臺(tái)，獲得不同視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的物體形貌，通過(guò)拼接，實(shí)現(xiàn)大面積微納圖形三維形貌檢測(cè)。

優(yōu)選實(shí)施例，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)光軸與數(shù)字微鏡陣列表面法線之間角度為24°±2°。

優(yōu)選實(shí)施例，所述白光光源波長(zhǎng)帶寬大于5nm，可以是單色LED、白光LED、以及鹵素?zé)舻榷喾N光源。

優(yōu)選實(shí)施例，所述工件臺(tái)能夠通過(guò)電控方式實(shí)現(xiàn)x、y、z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，且z向重復(fù)定位精度優(yōu)于10nm，行程大于1mm，x、y向重復(fù)定位精度優(yōu)于1um,行程大于10mm。

優(yōu)選實(shí)施例，所述每個(gè)縱向掃描位置對(duì)應(yīng)數(shù)字微鏡陣列圖片，是具有不同方向、不同周期、不同相位分布的圓形光柵或直光柵圖像。

優(yōu)選實(shí)施例，所述大面積、高分辨測(cè)量過(guò)程是工件臺(tái)z向掃描運(yùn)動(dòng)后，進(jìn)行x、y方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)行z向掃描運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)，獲得待測(cè)物體不同區(qū)域三維形貌分布，其中每個(gè)測(cè)量區(qū)域與相鄰區(qū)域具有5％以上重合區(qū)域，再通過(guò)拼接算法恢復(fù)待測(cè)物體完整形貌。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明通過(guò)對(duì)測(cè)量光場(chǎng)的振幅、相位進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制，并結(jié)合工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大面積微納結(jié)構(gòu)的超分辨三維形貌檢測(cè)，突破了目前光學(xué)微納結(jié)構(gòu)三維測(cè)量方法受衍射極限限制，難以對(duì)高分辨力微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為振幅相位聯(lián)合調(diào)制超分辨微納結(jié)構(gòu)形貌測(cè)量裝置示意圖；

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為白光光源、2為準(zhǔn)直系統(tǒng)、3為數(shù)字微鏡陣列、4為分光棱鏡、5為干涉顯微物鏡、6為待測(cè)物體、7為三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)、8為第一成像系統(tǒng)、9為第二成像系統(tǒng)、10為CCD、11為控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如附圖1所示為振幅相位聯(lián)合調(diào)制超分辨微納結(jié)構(gòu)形貌測(cè)量裝置示意圖，該裝置包括由白光光源1、準(zhǔn)直系統(tǒng)2、數(shù)字微鏡陣列3、分光棱鏡4、干涉顯微物鏡5、三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)7、第一成像系統(tǒng)8、第二成像系統(tǒng)9、CCD 10和控制系統(tǒng)11。其中：CCD 10、第二成像系統(tǒng)9、分光棱鏡4、干涉顯微物鏡5、待測(cè)物體6、三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)7依序位于干涉顯微物鏡光軸上；第一成像系統(tǒng)8與數(shù)字微鏡陣列3與分光棱鏡4位于同一水平面，且數(shù)字微鏡陣列3表面法線、第一成像系統(tǒng)8光軸與與顯微干涉物鏡5光軸垂直；白光光源1與準(zhǔn)直系統(tǒng)2光軸重合，且與數(shù)字微鏡陣列3表面成角度。白光光源1發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后，投射到數(shù)字微鏡陣列3表面，經(jīng)反射后通過(guò)第一成像系統(tǒng)8、分光棱鏡4以進(jìn)入干涉顯微物鏡5，并分別投射到待測(cè)物體表面6和顯微干涉物鏡內(nèi)部的參考鏡表面，其反射光發(fā)生干涉，并經(jīng)過(guò)分光棱鏡4、第二成像系統(tǒng)9后被CCD 10接受。工作過(guò)程中，工件臺(tái)7首先進(jìn)行縱向掃描，對(duì)應(yīng)每個(gè)掃描位置，數(shù)字微鏡陣列3均變換一組圖片，對(duì)照明光場(chǎng)振幅進(jìn)行調(diào)制，由CCD 10記錄下不同縱向掃描位置對(duì)應(yīng)不同數(shù)字微鏡陣列變換后的干涉場(chǎng)圖像，通過(guò)對(duì)一系列干涉圖像進(jìn)行處理，獲得該視場(chǎng)對(duì)應(yīng)待測(cè)物體三維形貌，然后橫向移動(dòng)工件臺(tái)7，獲得不同視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的物體形貌，通過(guò)拼接，實(shí)現(xiàn)大面積微納圖形三維形貌檢測(cè)。

該裝置中，準(zhǔn)直系統(tǒng)2光軸與數(shù)字微鏡陣列3表面法線之間的角度為24°±2°；

所采用的白光光源1波長(zhǎng)帶寬大于5nm，為白光LED。

三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)7通過(guò)電控方式控制實(shí)現(xiàn)x、y、z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，且z向重復(fù)定位精度優(yōu)于10nm，行程為4mm，x、y向重復(fù)定位精度優(yōu)于1um，行程為100mm。

測(cè)量過(guò)程中，每個(gè)縱向掃描位置對(duì)應(yīng)一組數(shù)字微鏡陣列圖片，是具有不同方向、不同相位分布的直光柵圖像。

設(shè)備工作過(guò)程中，三維運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)7首先進(jìn)行z向掃描運(yùn)動(dòng)后，進(jìn)行x、y方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)行z向掃描運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)，獲得待測(cè)物體不同區(qū)域三維形貌分布，其中每個(gè)測(cè)量區(qū)域與相鄰區(qū)域具有5％以上重合區(qū)域，再通過(guò)拼接算法恢復(fù)待測(cè)物體完整形貌。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施實(shí)例，并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改，等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。