[发明专利]亚微米分辨率的光电混合测量装置及其测量方法

说明书

本发明是一种亚微米分辨率的光电混合测量装置及其测量方法。这种光电混合测量装置既能测量标准线宽也可以给出微光斑的尺寸。

已有技术：

自八十年代以来，由于各种光电探头和计算机技术的飞速发展，致使光学检测技术提高到一个新的水平。亚微米级分辨率的检测技术已发展为多种方法，并应用于各个领域。例如视频显微术、机器视觉、标准尺度测量(光刻线宽和光纤截面直径等)以及激光斑尺寸测量等等。该技术影响到精密机械制造工业、光纤、光通迅、微加工工业、激光技术和生物医学的发展，并进而推动着科研和生产的进步以及国民经济的发展。

对具有亚微米级分辨率的宽度测量方法很多。大体上可分为对标准线宽测量和对微米光斑尺度的测量两种。对标准线宽测量，一般是利用数字化的视频显微镜系统，尤其是CCD相机的问世为精密测量提供了必要的工具。欧洲专利EP0216446是利用一般显微物镜作光学放大元件，利用CCD摄象机和软件完成采样和数据处理。这一装置的优点是用CCD替代了一般VIDECON硅靶管摄象机，因而提高了分辨率。但是该测量装置的成象元件简单，调整技术复杂且测量重复率不高，不适用于测量动态对象和锥度大的激光光斑。因为该系统的焦距很短或作为一个显微放大系统的工作距离是很短的(毫米量级)。同时景深区也较短(景深不到1微米)，使得象质的变化对调焦很灵敏，用测量动态对象时，难以保证成象质量。同时由于工作距离短，使该装置在生产线上使用有一定的困难。第三点系统成象放大倍率也受到限制。利用40X物镜配摄象机仅可把物放大到200倍(在显示器上)。虽然放大倍率的提高不可能改变光学系统的分辨率，但是为了数字化的需要，对微小测试对象的放大必须有一个要求。道理是很简单的，由于光电探头的分辨率是一定的，测出一条曲线仅由二三个测量点构成是不理想的，至少应多于五个点以上，采样点越密对曲线的描述精度越高。因此增加放大倍率是必要的。第四个缺点是视场范围小。

另外一种可达到亚微米测量精度的方法是利用干涉原理进行实物面形形变的测量。日本电子情报通信学会论文志，VJ70-D，NO2，(368-375)给出一种散斑测量法，题目是“一种新的测量物体表面形变的散斑计量法”。这种散斑测量方法主要是着重于样品表面变形或小面元位移的测量。由于它根据杨氏干涉条纹来测量形变的角度和大小，所以对其高度变化测量精度相当于一般的干涉法，小于亚微米级。但对于其它两维尺度的测量分辨率是由光学系统决定的，大于亚微米级。在具体的装置上利用透镜聚焦的，此时的分辨率大于1微米。再者从方法而言，这位日本发明者测量微小形变所用的方法是散斑照相法。该测量装置上的记录光学设备是由光学透镜组成，其再现设备是由激光光源和屏幕组成，而且在记录时需要二次曝光。该装置虽较简单，但在操作程序上是相当麻烦，不仅需要二次曝光而且需要底片的再现，之后是用数字图象系统进行处理，其干涉条纹的处理需要几次变换，方可得到结果。而且该装置不适用于标准线宽测量和微光斑的测量。

对微光斑尺度的测量目前在国际上还是一个难题，尤其是定标很困难。

本发明的目的为克服上述由显微镜直接作为放大元件的测试装置的缺点，采用一种新的视频显微技术，发明一种光电混合测量装置以及使用该装置的测量方法。

附图说明：

为便于叙述，先进行附图的图面说明。

图1.本发明的光电混合测量装置的总体方框图。

图2.使用本发明的测量装置的计算机程序的流程图。

图3.用本发明的测量装置测量线宽为40微米的仪表游丝宽

    度的数据和图形显示结果。

图4.用本发明的测量装置测量小于1微米的高斯光斑的三

    维图形和截而图。其尺度X方向为0.3μm，Y方向为

    0.4μm。图形座标皆为归一化的。

图5.使用本发明所得1μm尺度象差光斑的等灰度图。这是

     一个N·A＝0.85的显微物镜的焦斑图。

本发明的光电混合装置包括五部分：计算机1、显示器2、A/D变换和存储部分3、光电探头4和光学部分5。如图1所示。