[发明专利]用于确定样品高度信息的方法以及扫描显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定样品形貌信息或高度信息的方法以及一种扫描显微镜。

为了表征技术表面且尤其是为了推导粗糙测量值以及形貌，共聚焦显微镜是当前使用的标准方法。该方法在例如M.Rohlres、J.Seewig,L著作且由标准出版社有限公司(BeuthVerlag GmbH)2009年于柏林出版的“表面的光学测量技术”中有所描述。在许多共聚焦系统中，样品的扫描在此是在三个空间方向上进行的，也就是说，首先涉及的是点扫描系统，其中光束在x/y方向上被引导(扫描)至样品上。为了推导出高度信息，还要求样品相对于探测器单元(在z方向上)移动。通过根据z位置的强度最大值，可推导出高度信息且因此推导出各x、y位置的形貌。在此情况下，通常使用例如“重心”方法(Tiziani et al.,Opt.Eng.39,32(2000))。该系统的一个示范例是卡尔蔡司显微镜有限公司的LSM700。

该方法的一个不足主要是，对3D形貌记录的额外z扫描需要很长时间。此外，其精确性(高度测量的精度)极大程度地取决于样品表面相对于探测器单元的定位精度且因此总是具有局限性，或高度精确性要求高度精确且昂贵的致动元件，例如，在压电的基础上。

发明内容

本发明的目的是简化使用扫描显微镜时对样品形貌的确定，或使得可不使用独立的z扫描即可对样品进行形貌确定。部分目的可认为是提高记录速度和/或分辨率。

该目的通过本发明方法以及本发明的显微镜实现。

本发明用于确定样品高度信息的方法，包括以下步骤：生成照明点；使用所述照明点照射所述样品；捕获所述照明点在所述样品上的反射图像；评估所述图像的横向分布；根据所述横向分布确定所述高度信息；其中，所述照明点具有三维照明图案以及/或者探测光路中的所述图像具有三维探测图案。

本发明的扫描显微镜包括：照明装置，其用于用照明点照射样；扫描装置，其用于在所述样品上扫描所述照明点；探测器装置，其用于由所述样品反射的所述照明点的空间分辨探测；评估装置，其用于评估所述探测器装置的信号；其中，所述照明装置和/或探测器装置包括用于生成三维图案的器件，所述三维图案具有沿光学轴不对称的横向强度分布中的变化；且所述评估装置配置成根据所述探测器装置的信号确定高度信息。

本发明有利的结构变形在优选实施方式以及以下说明书中予以说明。

本发明的基本构思在于在扫描显微镜中，在照明和/或探测侧，使用和评价类似于点扩散函数的三维照明图案和/或探测图案。

在一优选实施例中，照明图案和/或探测图案具有作为z的函数(沿光学轴的z方向)的大的清楚的强度横向变化。在此情况下，作为z的函数的清楚的强度横向变化应理解为每个z位置中的照明图案和/或探测图案允许与该z位置明确对齐。在此情况下，光学轴沿与放置样品的样品平面正交的平面平行延伸。

在根据本发明的方法中，生成三维照明图案和/或三维探测图案。样品优选地用照明点以光栅型方式进行扫描，且在此过程中照明图案被投射至样品上且/或在探测光路中照明点的图像具有探测图案。

由于照明图案的横向变化中的z信息的编码的结果，可通过例如位置敏感探测器直接读取每个光栅位置的z信息。此外，总强度信息可以已知的方式用于横向或x/y或2D图像生成。

有利地，相比于共聚焦显微镜而言，首先不要求z扫描(速度更快)且其次实现了更高的形貌分辨率。

在一有利的实施例中，照明图案和/或探测图案具有沿光学轴(z方向)不对称的横向强度分布的变化。在此情况下，光学轴沿与放置样品的样品平面正交的平面平行延伸。

由于探测图案的横向变化中的z信息的编码的结果，可通过例如位置敏感探测器直接读取每个光栅位置的z信息。此外，总强度信息可以已知的方式用于横向或x/y或2D图像生成。

通过在照明点的一半瞳中引入线性相位分布，可实现尤其简单的照明图案。这可通过例如覆盖一半瞳的一个玻璃楔或者分别覆盖一半瞳的两个相向的楔来实现。

为了生成相应的三维探测图案，玻璃楔应设置在探测光路中。

在其他实施例中，可通过例如激光生成具有旋转强度分布的照明图案和/或探测图案。生成旋转强度分布使得有必要在照明和/或探测光路中具有相应的相位元件。

通过使用包括2个点(Helix,PRILM)的照明图案，2个点的(相反方向的)信号可被平均以提高信号的质量。但是，如果每个点独立评估，横向分辨率则因此提高。在此情况下，z信息也可通过所述点的位置取得。与此同时，独立评估也因此使得可加快图像记录的速度，因为实际上2个点被同时用于成像。