專利名稱：激光束加工的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過雙光子工藝來激光加工工件的設備和方法。
背景技術：
通常，通過雙光子工藝的工件的激光束加工通過在工件上或在工件中移動激光束 焦點來進行，并且還已知為激光寫入或激光掃描光刻。用于該目的的設備和方法根據(jù)本領 域的現(xiàn)狀是已知的，并且通常利用例如光敏抗蝕劑的工件的聚合。在J.-M. Lourtioz的自 然材料(Nature Materials) 3, 427(2004)和 Μ. Deubel 等的自然材料 3，444 (2004)中可找 到各個描述。例如在US 5034613中描述了用于激光束寫入的顯微鏡。例如，在2006年4 月20日的生物技術和生物工程(Biotechnology and Bioengineering)的93卷、第6部 分的 1060-1068 頁中 Miller J.等的"Laser-Scanning Lithography (LSL) for the SOft Lithographic Patterning of Cell-AdhesiveSelf-Assembled Monolayers，，的出版物中說 明了適用于激光束寫入的材料。由此，目標在于實現(xiàn)極高分辨率，這是使用高數(shù)值孔徑的物鏡以加工精度提高到 小于IOOnm的范圍內(nèi)的目的。一般地，使用具有大約1.4數(shù)值孔徑的油浸透鏡。通常，要寫 入在工件中的結(jié)構(gòu)自身在全空間方向延伸若干個ΙΟΟμπι。其中使用光敏樹脂(光敏抗蝕 齊U)作為在蓋玻璃上旋轉(zhuǎn)涂覆抗蝕劑的適當工件材料。除了分辨率之外，短程量級(short-range order)和長程量級的再現(xiàn)以及對至少 一個邊界面的精確參考對于結(jié)構(gòu)化的質(zhì)量是相關的。為了掃描(這表示在工件中或在工件 上移動焦點)，由此使用通常高精確的壓電臺來移動工件。然而，需要在垂直于光軸(因此 橫向)和縱向于光軸(因此軸向)的可能的長寫入/曝光工藝期間，確保樣品的位置盡可 能穩(wěn)定。對于在特定制造工藝中加工工件以及對焦點位置的絕對參考，這是重要的。然而，出現(xiàn)這樣的問題焦點的絕對位置的參考通常很難，或甚至不可能，并且可 能特別地在加工工藝期間改變。本領域還已知使用三角測量方法、利用對比度評估的成像方法，以及通過用于自 動聚焦功能的傾斜定位共焦縫隙光闌進行的位置確定。在三角測量方法中，將準直激光束 反射到透鏡的光瞳面中，并且在從樣品反射的激光的ζ位置上根據(jù)該激光束相對于成像束 路徑的進展繪制結(jié)果。在通過激光掃描光刻加工的共件的傳統(tǒng)尺寸的情況下，這種系統(tǒng)的 自動聚焦質(zhì)量將不足。此外，確定與在為此采用的工件的或檢測器的中心或邊緣處做出測 量結(jié)果相關的波動。因此，通常反復執(zhí)行三角測量方法，這相對耗時。在利用對比度評估的成像方法中，照射具有特定強度分布的樣品，其中通常將光 柵置于照射光束路徑的視場光闌面中。提取在成像光學元件和樣品之間具有不同距離的一 系列圖片，并且確定在該系列中具有最高對比度的圖片，向該圖片分配最佳焦距?？稍赨S 5604344或US 6545756中找到通過對向樣品投射的圖形的對比度分析的用于自動聚焦裝 置的實例。通過雙光子工藝加工的工件通常是透明的事實在這里出現(xiàn)問題，因為作為其透明的結(jié)果在工件中不存在結(jié)構(gòu)。從例如DE 10319182還已知提供了通過傾斜定位共焦縫隙光闌的位置確定，其中縫隙光闌位于照射光束路徑的視場光闌面中，并且被投射到樣品。將從樣品反射的光引導 至CCD線(其以相對于縫隙光闌傾斜的方式被設置)，并確定反射的光具有最大值的在CCD 線上的位置。該方法很快，但是由于在樣品或樣品表面上的雜質(zhì)而存在問題(可導致強度 的波動)。此外，有必要在CCD線上進行間隙投射的大量調(diào)節(jié)，因為間隙需要很窄，以能夠 實現(xiàn)高精度。具體地，縫隙光闌在透鏡的圖片場的邊緣處是有效的，這大大限制了精度。因 此，該方法不能夠用于激光掃描光刻。所有方法共同包括他們能夠非常精確地找到焦面，但是能夠以非常有限的方法 確定樣品中焦面的位置，特別地涉及其他邊界面。例如在WO 00/43820中描述了幾個自動聚焦光束路徑的使用。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明基于以下目的提供了一種方法和設備，通過雙光子工藝能夠以高精 度方式實現(xiàn)透明工件的激光束加工。為了實現(xiàn)該目的，提供了根據(jù)本發(fā)明的一種用于激光束加工工件的方法，其中激 光束通過具有焦面的物鏡聚焦在具有邊界面的工件中或其上，以通過雙光子工藝生成加工 效應，以及相對于工件移動焦點的位置，并且為了獲得焦點的位置的參考，同樣通過物鏡將 照射調(diào)制對象投射至工件和焦面中，或者與其相交，并且將在邊界面處出現(xiàn)的投影的反射 成像在自動聚焦像面中，以及通過具有相機像面的相機檢測，其中當所述照射調(diào)制對象的 投影位于所述焦面中時，所述相機像面與所述自動聚焦像面相交，或者當所述調(diào)制對象的 投影與所述焦面相交時，所述相機像面位于所述自動聚焦像面中。本發(fā)明還利用一種通過雙光子工藝來激光加工工件的顯微鏡實現(xiàn)了該目的，其包 括物鏡，具有在工件接收空間中設置的焦面；加工激光束源，發(fā)出加工激光輻射，物鏡將 其聚焦在工件接收空間中；以及自動聚焦裝置，其包括光調(diào)制器，用于生成照射的、強度 調(diào)制的調(diào)制對象；自動聚焦光學元件，與透鏡組合將照射調(diào)制對象投射在焦面中或與焦面 相交的面中，從而在工件接收空間中生成調(diào)制對象的圖像；相機，用于提取包括相機像面的 二維圖片；以及自動聚焦成像光學元件，與物鏡一起將在工件接收空間中設置的調(diào)制對象 的投射成像在自動聚焦像面中，其中當所述照射調(diào)制對象的投射位于所述焦面中時，所述 相機像面相交于所述自動聚焦像面，或者當所述調(diào)制對象的投射相交于所述焦面時，所述 相機像面位于所述自動聚焦圖像中。本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)該目的使用自動聚焦功能，其允許以高精度集中于工 件的邊界面，其中使用照射調(diào)制對象的獨立自動聚焦投射，以傾斜的方式投射在邊界面中， 或者以傾斜的方式檢測與邊界面相關的投射。在鏡面反射的邊界面(例如出現(xiàn)在蓋玻璃和抗蝕劑之間)的情況下，當光柵被投 射在邊界面之前或之后的多個焦點深度時，還可在自動聚焦檢測器上生成對比度信號。結(jié) 果，以這樣的自動聚焦原理獲得相對大的拍攝范圍。作為照射調(diào)制對象的投射/檢測的結(jié)果，發(fā)生背反射，其中照射調(diào)制對象的投射/ 檢測相交于邊界面。現(xiàn)在檢測該背反射，從而可從反射的橫向位置確定聚焦或去聚焦的程度?，F(xiàn)在，使用由此已知的邊界面的位置在激光束加工中進行參考。結(jié)果，與邊界面相關的 焦點的精確位置是可能的，例如，在蓋玻璃和實際工件之間的轉(zhuǎn)換。如果預期在激光加工期 間在系統(tǒng)中發(fā)生漂移，則可按適當方式(例如間歇地)重復參考，從而即使在任意期望時間 段的激光束加工的情況下確保相同的高精度。對于邊界面的最佳檢測(即對于最佳自動聚焦功能)有利地，在沒有加工激光束 之一的光譜范圍內(nèi)工作。因此，優(yōu)選地，調(diào)制對象在不同于激光束的光譜范圍內(nèi)發(fā)光，以及 激光束的光譜范圍在通過相機進行反射檢測時被過濾出。這可通過適當濾波器在檢測光束 路徑中實現(xiàn)。因此，對于獨立于加工期間的質(zhì)量，優(yōu)選地，在激光束加工(至少間歇地)期間確 定邊界面的位置，并將其用作設置焦點位置的參考。為了增加精度，可在不同橫向點處(即在與光軸相關的不同位置中)在實際激光 束加工之前確定邊界面的位置，并且所述表面可通過一個面來模型化。然后，模型化的面是 邊界面的位置的更精確表示。然后，在稍后的激光束加工中可考慮到從垂直于光軸得到的傾斜形式的任何偏 差。如果認識到單個或幾個橫向點具有與模型化的面的很大偏差，則可得出存在邊界面的 變形。這樣的變形顯然是工件的質(zhì)量參數(shù)。因此，優(yōu)選地，從來自模型化的面的橫向點的 位置的距離確定關于從理想面的邊界面的偏差的測量，并且向工件分配基于測量的質(zhì)量參 數(shù)。在特定的質(zhì)量參數(shù)范圍內(nèi)，可抑制工件的進一步加工，例如因為其邊界面過大地變形。工件的加工通常通過三維焦點調(diào)節(jié)來發(fā)生。可交替地移動工件或焦點。優(yōu)選，在 均連續(xù)完整處理的并且平行于或垂直于邊界面的面中調(diào)節(jié)焦點，其中一個參考均可針對于 每個面的邊界面，或每個面的處理。該參考可通過例如以下方式進行在接近下一面之前做 出邊界面的位置的重新確定(即參考)。優(yōu)選，從靜態(tài)透射或反射光柵生成調(diào)制對比度。調(diào)制對比度可被設置為例如平面 延伸的條柵。原理上，盡可能小地選擇柵格周期，以實現(xiàn)高的自動聚焦分辨率。然而，柵格 周期必須較大，以使得對于整個所需拍攝區(qū)域在自動聚焦相機上獲得至少10%的調(diào)制對比 度。因為作為自動聚焦相機的傾斜定位的結(jié)果，在像場的邊緣處球面像差最大，所以在調(diào)制 對象的邊緣區(qū)域存在限制。結(jié)果，必須清楚地選擇比光軸上使用的透鏡的Abb6分辨率更大 的柵格周期。為了能夠用最多種類的工件工作，優(yōu)選地，對于根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡，可控制 光調(diào)制器，并且其被控制用于生成空間或時間強度調(diào)制的調(diào)制對象，以及相機檢測該時間 調(diào)制的對比度。然后，通過適當?shù)臅r間濾波(例如在鎖定技術中)將針對邊界面的位置所 評估的反射從可能的背景噪聲或干擾信號分離。優(yōu)選地，光調(diào)制器包括照射的LCD或DMD 元件或至少一個周期性結(jié)構(gòu)，特別地是條柵結(jié)構(gòu)或幾個不同條柵結(jié)構(gòu)。當使用可調(diào)節(jié)光調(diào)制器時，調(diào)制對象空間調(diào)制并且可額外地時間調(diào)制。時間調(diào)制 是空間調(diào)制的備選，以將調(diào)制對象的照射區(qū)分于加工激光輻射。在該連接中，優(yōu)選地關于時 間調(diào)制來同步自動聚焦投射的檢測，并且可使用例如鎖定技術。優(yōu)選地，以這樣的高頻率進 行時間調(diào)制，即在顯微鏡中的視覺觀察期間(例如通過顯微鏡目鏡)不能夠察覺。可能的 頻率范圍大于眼睛的圖像融合頻率，其在亮適應狀態(tài)下約為50Hz，例如50和200Hz之間是 可能的范圍。因為經(jīng)由相同的透鏡(其也將加工激光輻射聚焦于工件中和/或上)發(fā)生對象的投射，所以可實現(xiàn)邊界面的位置的特別精確的確定。對于簡單的光學設置，優(yōu)選地，經(jīng)由分 束器將調(diào)制對象的投射反射至顯微鏡的光束路徑中。
如以上最后一段已經(jīng)說明，除了投射的時間區(qū)分或代替地，光譜分離是有利的。為 此適當?shù)靥峁┕庹{(diào)制器在不同于加工激光輻射的自動光譜范圍內(nèi)發(fā)光或照射，并且自動聚 焦投射光學元件包括至少一個濾波器，其抑制或過濾出位于自動聚焦光譜范圍以外的光譜 范圍，特別地那些加工激光輻射的光譜范圍。有利地，使用分光鏡來構(gòu)成將工件向相機的結(jié)構(gòu)化照射和反射投射的耦合輸入和 耦合輸出，所述分光鏡例如通過用于加工輻射的高透射度(約95%或更高可能)對于剩余 顯微鏡光束路徑具有僅較低影響。特別地優(yōu)選與光譜分離自動聚焦輻射組合的二色分離。 還有利地，在分離器上提供防反射涂層，以盡可能低的影響剩余顯微鏡光束路徑。顯然地， 還可在犧牲透射度的情況下增加反射度。當自動聚焦系統(tǒng)例如通過紅外(NIR)照射源工作 時，優(yōu)選地這樣設置二色分光器其在自動聚焦光束路徑中高效地引導自動聚焦輻射，或?qū)?其耦合輸入和輸出。在簡化的配置中，照射調(diào)制對象可在以下光譜范圍內(nèi)照射其中，還布置加工激光 輻射，只要自動聚焦投射光學元件抑制或過濾出加工激光輻射的光譜范圍。有利地，存在調(diào)制對象的周期性照射，例如條照射，其中調(diào)制對象隨后是條圖案。 然后，各個周期性圖案出現(xiàn)在相機上，例如，在與當前焦面共軛的面中的對比度最大的條圖 案。因此，可實現(xiàn)工件的邊界面的高可靠和精確自動聚焦系統(tǒng)。光調(diào)制器和自動聚焦相機都被設計為二維的，即在平面中。2D分辨自動聚焦相機 的每行可用于生成自動聚焦信號。由于始終照射幾個行，所以可平均幾個行的自動聚焦信 號，這大大提高了本方法的精度。存在的干擾背景反射越少，調(diào)制對象可延伸的越廣。原理上，可通過光柵結(jié)構(gòu)照射 整個對象場，從而還最大化利用平面自動聚焦相機。如果存在特別地來自不鄰近于抗蝕劑 的蓋玻璃(朝向空氣)的表面的干擾競存反射，則需要將調(diào)制對象設計得較窄，從而實現(xiàn)競 存反射的共焦抑制。在這種情況下，僅可照射和評估自動聚焦相機的很少幾個行(例如10 至 30)。為了將調(diào)制對象的投射所產(chǎn)生的影響保持得盡可能低，優(yōu)選地，以交替方式將空 間調(diào)制的調(diào)制對象的結(jié)構(gòu)橫向部署在快速序列(例如具有大于30Hz)中。在可調(diào)制光調(diào)制 器中給出的其他可能包括一直地或僅臨時地(例如在找到邊界面之后)僅照射對象場的區(qū) 域的某些部分/由透鏡檢測的工件空間。因此，增加了自動聚焦的圖像對比度。對于邊界面檢測的相關方面在于，調(diào)制對象相對于物鏡的焦面傾斜設置，或相機 像面相對于自動聚焦投射光學元件的像面傾斜設置。可通過關于光軸傾斜設置的調(diào)制對象 或相機來實現(xiàn)傾斜定位。因此，可具有關于光軸傾斜的調(diào)制對象設置，以及關于光軸垂直的 相機的像面。調(diào)制對象可關于光軸垂直設置，相機的像面可關于光軸傾斜設置。還可傾斜 地定位調(diào)制對象和相機的像面。在這種情況下，他們不位于共軛面中。優(yōu)選，在顯微鏡的所有變型中，使用可計算的評估設備，其執(zhí)行相機(多個)的信 號評估，控制可選地可調(diào)節(jié)的光調(diào)制器，以及在顯微鏡上執(zhí)行可選提供的調(diào)節(jié)單元的控制 (例如，用于焦點調(diào)節(jié)、χ/y調(diào)節(jié)，用于旋轉(zhuǎn)和/或激活濾波器等)?？赏ㄟ^硬件電路和軟件 來實現(xiàn)評估和控制。顯然地，在操作中通過控制裝置來控制本發(fā)明的自動聚焦裝置，所述控制裝置包括計算評估設備，其啟動這里所述測量以實現(xiàn)所述程序?？傊?，控制裝置可以是按 顯微鏡方式提供的控制裝置。在負面情況下，相機上被證明的光調(diào)制(即投射到樣品的對象的圖像)可受到斑 點效應而損害。為此有利地，移動工件或調(diào)制對象和/或可選地以單調(diào)的或周期的方式對 其照射的光源，以平均任意斑點圖案。調(diào)制對象和相機的同步移動也是一個選擇?？衫斫猓渌鄼C可被反射，其中從樣品導出結(jié)構(gòu)信息。這些相機可如下設置可 將樣品的截面的不同面投射在同一面上，即關于光軸按不同的傾斜角設置相機，或具有關 于光軸的不同旋轉(zhuǎn)角。為了增加ζ方向的自動聚焦拍攝范圍，可額外地在不關于光調(diào)制器共軛的面中提 供相機?？砂床煌膬A斜角來設置拍攝范圍。按非共軛方式設置的相機的傾斜定位等同于 調(diào)制對象包含的關于光軸的改變角度。由于球面圖像誤差和反射損失，對于實際情況該角 度幾乎不會選擇小于30°，所以通過其他相機提供了增加自動聚焦裝置的拍攝范圍。特別地，將顯微鏡設置為反向顯微鏡。 當光調(diào)制器可被控制，并且被設置用于生成空間或時間進行強度調(diào)制的調(diào)制對象 時，獲得對于不同工件的特別優(yōu)良的適配。這種可控性可按以下方式實現(xiàn)將照射的LCD或 DMD元件用作光調(diào)制器。優(yōu)選，所采用的波長不同于顯微鏡中的正常照射輻射。原理上，光 調(diào)制器和/或自動聚焦裝置的相機可耦合至用于加工輻射的光束路徑。來自顯微鏡的潛在 干擾輻射可在自動聚焦裝置的相機之前通過適當光譜濾波器有效地抑制，以及在自動聚焦 裝置中被消除。例如以如下方式配置分束器其反射僅窄波長的范圍(例如20nm)，這不相 交于雙光子加工輻射。原理上，可將整個視覺范圍和NIR和UV用于自動聚焦功能。當投射的調(diào)制對象具有周期性結(jié)構(gòu)(例如條柵結(jié)構(gòu))時，獲得投射至樣品的調(diào)制 對象的特別簡單的分析。由此設計光調(diào)制器。適當?shù)?，?jīng)由分束器將自動聚焦裝置反射到顯微鏡的光束路徑中，其中還經(jīng)由相 同的分束器同時耦合調(diào)制對象的投射以及投射的調(diào)制對象向相機的返回成像。然而，這不 是強制的。關于光軸的相機或調(diào)制對象的像面的傾斜位置角度設置了自動聚焦裝置工作的 拍攝或深度范圍。在20°至70°之間的角度是適合的。如上所述，使用像面(特別地不同 地)相對于彼此傾斜的幾個相機。當通過自動聚焦輻射和加工輻射的光譜分離來工作時，明顯有利地，盡可能抑制 在自動聚焦光束路徑中加工輻射的光譜范圍。然后，有效地通過適當濾波器抑制通過例如 二向色分束器并由此仍舊到達自動聚焦光束路徑的任意光束分量。當通過使用中間圖像將 樣品中設置的調(diào)制對象的圖像投射在相機時，特別良好的濾波是可能的。然后，存在足以使 用截止濾波器的空間。當在分束器處提供吸收在分束器中透射的并且不再使用的任意輻射的輻射阱時， 實現(xiàn)了對干擾輻射的進一步抑制，其中所述分束器根據(jù)檢測(即在相機上的反射的成像) 在自動聚焦光束路徑中分離了照射(即調(diào)制對象向工件上的投射)。中間圖像的使用具有其他顯著優(yōu)點在檢測相機和分束器(其分離自動聚焦照射 和自動聚焦檢測)之間的較大距離。因此，來自分束器的不可避免的散射光僅經(jīng)由多次反 射(即按強削弱方式)到達相機。中間圖像的使用還抑制了來自在分束器和相機之間設置的光學單元的反射。應理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上述和以下將描述的特征不僅可在所述的組合中使用，而且可在其他組合中使用，或者單獨地使用。
現(xiàn)在將參照附圖通過實例更詳細地說明本發(fā)明，其中圖1示出用于激光掃描光刻的顯微鏡的示意圖；圖2在詳細圖中示出圖1的顯微鏡的一部分；圖3示出通過自動聚焦裝置照射的圖2的顯微鏡；圖4示出相比于圖3修改的自動聚焦裝置的圖2的顯微鏡；圖5示出與圖3之一類似的顯微鏡；圖6示出在校準步驟中說明邊界面的確定的視圖；圖7與圖3類似的顯微鏡，其中包括中間投射光學元件被設置于相機上游的自動 聚焦裝置；圖8示出示例性光調(diào)制器的俯視圖；圖9和10示出通過圖3或7的自動聚焦裝置的相機發(fā)射的對比度信號。
具體實施例方式圖1示出激光掃描顯微鏡1，借此通過直接激光寫入(即通過激光掃描光刻)在工 件(這可以是例如襯底上的聚合物層)生成多維結(jié)構(gòu)。使用雙光子工藝。圖1中的圖示被大大簡化。顯微鏡1使用脈沖激光3 (例如fs激光)作為激光寫 入的輻射源。例如具有780nm平均波長的激光3的輻射在脈沖調(diào)節(jié)器4中被定形為fs脈 沖。為此，首先使得輻射經(jīng)由λ/2波片5、機械快門6、望遠鏡7、和聲光調(diào)制器(AOM)S來引 導輻射，并因此控制其強度?？刂频谋O(jiān)視(例如根據(jù)閉環(huán)反饋)經(jīng)由接收部分輻射的監(jiān)視 器二極管9來進行。在通過群速率色散(GVD)模塊10適當設置GVD以在物面中獲得最短可能(即帶 寬有限)的脈沖之后，光束在可調(diào)節(jié)望遠鏡11中被加寬，經(jīng)由λ/4波片12和用于耦合至 顯微鏡光束路徑13的偏轉(zhuǎn)鏡引導，從而存在那里的對象光瞳的最佳填充。在顯微鏡光束路 徑處由此提供的加工激光束14的耦合以如下方式進行在其物鏡之前不存在除了反射鏡 和分光器之外的其他光學元件。物鏡使得激光束聚焦于固定至壓電臺的工件。壓電臺是在 工件上或在工件中移動焦點位置的掃描設置的實例。除了同樣要更詳細描述的自動聚焦檢測器15之外，顯微鏡光束路徑13還包括相 機16，借此可執(zhí)行自動聚焦的校準，并且可通過具有鹵素燈的傳統(tǒng)的、光譜濾波的照射或通 過LED照射來獲得(優(yōu)選地在透射光中的)樣品的圖像。顯微鏡光束路徑13鏈接自動聚 焦檢測器15，并且圖2中示意性示出相機16。提供用于控制激光的激光控制裝置16。整個顯微鏡1通過顯微鏡控制單元17來 控制。通過圖1中的虛線的實例來示出控制線。圖2示意性示出顯微鏡光束路徑13的一部分。如參照圖1已經(jīng)說明，經(jīng)由分束器 19來耦合輸入加工激光束14。分束器19對于例如780nm的加工輻射的波長是反射的。具體地，分束器19可特別地被設置為反射大于750nm的波長范圍的輻射但是透射其他波長輻 射的二向器。然后，通過物鏡20將耦合輸入的加工激光輻射14聚焦在工件2上或在工件 2中，以通過雙光子工藝觸發(fā)其改變，特別地生成光敏抗蝕劑或抗蝕劑的三維結(jié)構(gòu)。雙光子工藝已知為用以加工透射材料，即他們能夠通過線性吸收來加工。相機16 用于評估或監(jiān)視通常透明的工件2，并且以下將更詳細說明在光束路徑包括的相機。為了通過加工激光束14協(xié)助直接激光寫入，將自動聚焦裝置鏈接至顯微鏡光束 路徑13，其中自動聚焦光束路徑21經(jīng)由分束器22耦合至加工激光輻射的光束路徑，因此在 物鏡20之前。在圖2的圖示中示意性示出用于自動聚焦光束路徑21的雙箭頭，以示出自 動聚焦照射的耦合輸入和自動聚焦檢測都通過自動聚焦光束路徑21發(fā)生。因此，分束器22 對于自動聚焦照射的波長范圍和例如用于大于SOOnm的輻射的各個檢測是反射的。優(yōu)選， 分束器22對于例如780nm的加工激光輻射的波長范圍是透明的。然后，將其設置為二向色 的。依據(jù)色差較正，物鏡20使得由虛線在圖2的示意性視圖中所示的自動聚焦輻射聚 焦于與由實線所示的加工激光輻射14略微不同的其他深度。所述的相機16用于監(jiān)視在透射光操作中的工件2。通過聚光鏡24將輻射23引 導至在物鏡20反面的工件2中，其中輻射在分束器19和22至少部分透射的光譜范圍。然 后，通過筒內(nèi)透鏡25和物鏡20在透射光操作中將工件2成像至相機16。在一個實施例中， 筒內(nèi)透鏡25提供在濾波器26的上游，該濾波器確保主要透射光照射(例如在580nm)將到 達相機16。濾波器26可以設置為例如具有750nm濾波邊緣的短通濾波器。因此，相機16在透射光操作中成像工件2，或者當在工件2中發(fā)生熒光時，在熒光 輻射操作中成像。在這種情況下，對于相機可能的波長在400至600nm的范圍內(nèi)。圖3示出與自動聚焦光束路徑21的可能實施例組合的顯微鏡光束路徑13。經(jīng)由照射筒內(nèi)光學元件27將自動聚焦照射輻射耦合至工件2并通過物鏡20。自 動聚焦光束路徑21還包括光調(diào)制器28，其通過用于透射操作的光源29或用于反射操作的 光源30來照射。照射的光調(diào)制器28生成照射的調(diào)制對象。其被投射，并因此經(jīng)由照射筒 內(nèi)光學元件27、分束器22和物鏡20成像到工件2。因此實現(xiàn)自動聚焦照射。通過自動聚 焦檢測器以相反的方向檢測工件2中生成的圖像，所述自動聚焦檢測器可被設置為例如2D 相機15，并且其可在自動聚焦裝置的光學軸0A2上提供在另一分束器23的上游。可選地，還將沿著光軸0A3傳播的輻射經(jīng)由分束器24引導至另一相機31。在一個配置中，將分束器22設置為二向色的，如先前已經(jīng)描述，并且光源29和30 以例如在顯微鏡中不需要的波長照射。因此，自動聚焦裝置在不用于工件2的成像或加工 的光譜范圍內(nèi)工作。附圖主要僅示出相機和檢測器的像面。一般地，相機可以是CXD相機和光源LED。在圖3的配置中，光調(diào)制器28和由此調(diào)制對象垂直于光軸0A2。然而，相機15與 其像面一起傾斜地相對于光軸設置。當光調(diào)制器28例如通過條狀圖案執(zhí)行空間調(diào)制時，可 在與附圖的面垂直的相機15的行中找到最大對比度。沿著相機15的該行的位置是沿著光 軸(即ζ方向)的焦面位置的測量。
借助于照射筒內(nèi)光學元件27和物鏡20將通過光調(diào)制器28在透射操作(光源29) 中或在反射操作(光源30)中生成的調(diào)制光投射到工件2。通過傾斜設置的相機15實現(xiàn)深度分辨率?？赏ㄟ^相機31檢測結(jié)構(gòu)化照射的樣品的橫向位移。為了加工，將顯微鏡1設置為掃描顯微鏡，而無需與自動聚焦裝置相關的任意其 他限制。可類似地使用如圖2所示的反向配置或如圖3所示的垂直設置。圖4示出與自動聚焦裝置相關的圖1的顯微鏡的可選配置。在圖4的顯微鏡中， 通過相同標號提供上文已經(jīng)說明的組件。因此，不再重復他們的描述。相機15在這里通過 單獨的檢測光束路徑檢測結(jié)構(gòu)化自動聚焦照射的圖像。為此，通過單獨的分束器32提供顯微鏡光束路徑13。其根據(jù)自動聚焦照射的波長 來選擇，并且對于例如分束器22的相同范圍是二向色的。為了能夠檢測通過相機15投射 在樣品中的調(diào)制對象或反射或反向散射，在相機15的上游提供各個中繼光學元件23，其光 學特征將確保相機15的像面相交于與調(diào)制對象的共軛面，理想地接近于或在光軸上(同樣 如圖3)。 由自動聚焦裝置(特別地相機15)提供的信號用于控制沿著ζ軸的焦點移動。這 在圖4中通過雙箭頭示意性示出。圖1中用標號17示出了用于此的控制單元。圖5示出用于強散射和低反射樣品的顯微鏡1的設置。將不再描述上文已經(jīng)說明 的元件。在附圖中，其具有相同標號。針對強光散射對象而修改根據(jù)圖5的自動聚焦裝置。其實現(xiàn)了主要分析從樣品散 射的光的裝置。在該配置中，二維光調(diào)制器28包括與光軸0A2的0°和90°之間(優(yōu)選地20°和 70°之間)的角度。光調(diào)制器28同樣相應于所述的配置，即可以是透射IXD、反射IXD、DMD 或具有位移設備的振幅光柵。優(yōu)選，該結(jié)構(gòu)同樣包括光/暗帶。優(yōu)選，從一個或幾個強LED 照射光調(diào)制器28。在上述變型中，這也是可能的。在透射調(diào)制器中提供光源29，以及在反 射調(diào)制器中提供光源30。用于光均勻化的常規(guī)光學設備和用于中間圖像的光學元件可用 于使用光調(diào)制器28生成調(diào)制對象，并且在圖5中(和之前的附圖中)為了簡化的原因未示 出ο借助于照射筒內(nèi)光學元件27和物鏡20將調(diào)制對象投射至工件2中。由于光調(diào)制 器28和因此調(diào)制對象不垂直于光軸，所以調(diào)制對象(例如交變光/暗帶)相對于光軸傾斜 投射，并因此投射至工件的深度內(nèi)。相機15的像面位于與光調(diào)制器28和因此與調(diào)制對象共軛的面。因此，相對于光 軸(這里是光軸0A3)與光調(diào)制器28相同的角度傾斜。從樣品散射的光以調(diào)制方式成像在 相機15。調(diào)制對象的對比度僅在從工件散射時在相機15中出現(xiàn)。這是圖5中的設置特別 適于薄的或散射中工件的原因。此外，用于自動聚焦功能的自動聚焦裝置還包括相機31，其像面相對于光調(diào)制器 28并因此相對于調(diào)制對象傾斜設置，因為其垂直于光軸0A3布置。其經(jīng)由自動聚焦光束路 徑21中的50%分離器24鏈接。自動聚焦裝置的另一個可能修改是，相機15現(xiàn)在相對于光調(diào)制器28的相反方向 傾斜。然后，相機15和像面與光調(diào)制器28不相對于彼此共軛。因此，可放大并通常兩倍化 拍攝范圍。圖3至5的配置示出垂直顯微鏡1的自動聚焦裝置的設置。蓋玻璃和浸沒流體 (例如油、水、甘油)可位于滑塊和物鏡之間。然而，這并非強制的。存在需要區(qū)分的兩個應用無侵入流體，在蓋玻璃或滑塊的上面上的空氣/氣體邊界面處獲得最高對比度。通過侵 入流體，在蓋玻璃的底側(cè)和嵌入介質(zhì)之間的邊界面處獲得最高對比度。為了抑制散射光或 不期望的反射，可在自動聚焦光束路徑中引入光闌(例如半球面光闌)。分束器22可以是面平行的玻璃格，其一側(cè)涂覆AR，以避免干擾次級圖像。用于自 動聚焦信號的反射的玻璃格的側(cè)面還可具有二向色涂層，其針對長波自動聚焦光增加反射 (當使用具有長波自動聚焦照射的變型時)，并且主要透射加工輻射的短波可用光。可理 解，其他光譜劃分也是可能的。為了實現(xiàn)高分辨率(通常如直接激光寫入中所需)，使用浸沒流體，從而在蓋玻璃 和工件2或其聚合物抗蝕劑層之間的邊界面處存在折射率的跳躍。所述具有單獨的自動聚 焦配置的顯微鏡類型允許在直接激光寫入期間確定該邊界面的位置，只要確保用于自動聚 焦的波長在工件2上沒有不期望的加工效果(例如，不顯影光敏抗蝕劑)。使用自動聚焦的決定性方面是邊界面位置的精確校準，其具有可調(diào)節(jié)為自動聚焦分辨率的精度。針對在直接激光寫入之間提供的校準處理使用參考對象，其對象優(yōu)選地覆 蓋有蓋玻璃，其優(yōu)選地與工件2的蓋玻璃同樣厚，因為其相對于浸沒油的僅略微的、但是仍 存在的折射率差異。要精確測量的簡單參考樣品包括由蓋玻璃覆蓋適當染料溶液(例如熒 光素)。該染料溶液作為參考樣品存在以下優(yōu)點(其他溶液也是類似)，通過擴散自動替換 在加工輻射聚焦中的光化學破壞的染料分子。作為參考采樣的流體染料溶液的一個備選是 在光敏抗蝕劑中溶解染料，以及在蓋玻璃上旋涂相同的抗蝕劑。優(yōu)選，染料能夠通過雙光子吸收以加工輻射的波長(例如780nm)實現(xiàn)熒光激發(fā)。現(xiàn)在，執(zhí)行校準，通過相機15以加工激光輻射14在接近于從蓋玻璃到具有染料的 介質(zhì)的邊界面的逐步聚焦來拍攝一組圖片。設置在相機15上游的所述濾波器確保他們能 夠僅吸收比加工激光輻射(在這種情況下，其用作激發(fā)激光輻射)更長的波長的光。根據(jù) 該系列的圖片確定在蓋玻璃和熒光溶液之間的邊界面的面。為了增加測量精度，可選地可 以平均通過相機15在圍繞焦點的適當圖像區(qū)域拍攝的信號。圖6中示出根據(jù)沿著光軸OAl 延伸的ζ坐標由此獲得的信號視圖。其在垂直軸上以隨機單位示出信號的強度I。在橫軸 上以微米示出軸坐標ζ。曲線34是根據(jù)ζ坐標的強度信號。測量點35從曲線34的導數(shù)或 從生成該曲線的測量點獲得。差值36可增加精度，即使在測量點35中存在偏離。差值36 或測量點35的最大值的位置精確地表示在蓋玻璃和樣品之間的邊界的ζ坐標。現(xiàn)在，將該 ζ位置與自動聚焦裝置的不同數(shù)據(jù)相比較，并確定為參考點。為了避免像差的偏差，在所述的校準處理期間，自動聚焦照射輻射的焦點應在最 大可能程度上與加工激光輻射14的焦點一致，并且以如下方式可選地設計二向色的校正 當在邊界面上精確聚焦加工激光輻射14時，自動聚焦照射輻射的焦點應位于蓋玻璃中或 浸沒介質(zhì)中。圖7示出反向顯微鏡1，其具有處于上述校準狀態(tài)的自動聚焦裝置。因此，使用具 有染料溶液的向上開口的樣杯37代替工件，該樣杯37通過所述蓋玻璃38以相對于浸沒顯 微鏡密封。在圖7的配置中，經(jīng)由分束器22將自動聚焦裝置的光束路徑21鏈接至顯微鏡光 束路徑13。在所有其他方面，類似地應用以上論述。此外，圖7中示出可選的光譜濾波器 39，其通過適當方式過濾自動聚焦照射輻射的光譜范圍。還通過實例示出用于從光調(diào)制器28生成調(diào)制對象的照射光學元件40。為了光調(diào)制器28的均勻照射，優(yōu)選，照射光學元件40還包含擴散板?？稍谒忻枋龅淖冃椭杏谜丈涔鈱W元件40。圖7進一步示出將相機15的信號引導至控制單元18，后者進行不同計算和控制用 于ζ調(diào)節(jié)焦點位置的所述驅(qū)動器41。顯然，控制單元18通常還可與光調(diào)制器28連接，只要 其可被控制。同樣可應用于加工激光輻射的光源39或30和輻射源42。控制單元與顯微鏡 控制單元17連接，或集成于其中。在自動聚焦光束路徑21中，成像光學元件43配置在相機15的上游，從而并不是 直接向相機15投射調(diào)制對象的圖像，而是中間圖像44。可理解該原理(在反向顯微鏡的實 例中如圖7中所示)可從原理上應用。這里設置為透射光柵的光調(diào)制器28和中間圖像30 位于與工件中的焦面以及與相機15相交的面相共軛的面中。在工件中布置的調(diào)制對象或使用中間圖像30的參考對象的圖像的投射具有大量 優(yōu)點可設置為例如50 50分束器的自動聚焦(AF)分束器23布置在與相機15的較大距 離處。因此，來自AF分束器23的不可避免的散射光僅經(jīng)由多個反射(即以強減弱方式)到 達相機15。此外，通過在中間圖像中耦合額外地避免了從光學元件發(fā)出的到AF分束器23 右側(cè)的朝向相機15的所有反射。在用于圖7的顯微鏡1的自動聚焦裝置的示例性配置中，將IR LED用作光源29， 其中心波長大于800nm，優(yōu)選地在830nm。光源29與控制裝置18連接，從而其在需要時打 開和關閉，并且被臨時調(diào)制或調(diào)節(jié)其亮度。將光調(diào)制器28設置為槽形透射光柵。為了盡可能均勻地照射槽和盡可能有效地 利用照射源29的輻射，提供照射光學元件40，例如作為具有引起線形照射的變形光學元件 的瞄準儀?？蛇x地，在光調(diào)制器28的上游(或備選地也在下游)提供濾波器39，提供該濾 波器作為IR帶通濾波器，并調(diào)節(jié)為IR LED的中心波長。帶通寬度位于10和50nm之間，從 而抑制光源29的不期望光譜分量。光調(diào)制器28的一個實例是透射光柵45，如通過圖8中的實例在俯視圖中所示。其 包括槽狀光闌，其包含周期性光柵結(jié)構(gòu)46。該光柵槽設置在圖像的中心或接近于圖像的中 心，以確保自動聚焦裝置的最大可能獲取范圍。如圖8所示，可提供具有其他光柵周期的另 一光柵槽47，以通過選擇光柵周期來優(yōu)化相機上的成像對比度。還可提供無光柵結(jié)構(gòu)的窄 間隙48。通過玻璃/流體邊界面反射的光到達相機15的不同可讀組件。可基于在槽上的 投射亮度分布粗略地確定在實際獲取范圍以外的去焦。因此，初始聚焦是可能的，即使在相 機15上不存在來自光柵的對比度信號時?？刂蒲b置18可從而確定ζ調(diào)節(jié)需要進行的方向， 艮口，驅(qū)動器41需要如何控制以返回至初始獲取范圍。如果槽足夠窄，則作為相機15上的共 焦抑制的結(jié)果亮度更高?？蓮牧炼确植嫉奶荻葘С龇祷刂脸跏寂臄z范圍所需的位移路徑。 這通過控制裝置18來執(zhí)行。在AF分束器23中提供光阱49，其吸收來自光調(diào)制器28的輻射，其否則將被透射。 優(yōu)選，將光阱49設置為強吸收材料的板，其相對于光軸傾斜地定位，例如作為拋光的NGl 板。NGl是強吸收黑玻璃。二向色分束器22僅反射在帶通濾波器39之后的自動聚焦光束路徑21中引導的 波長的輻射。透射其他光譜組件。為此，分束器22包括例如干涉層，其基本透射45°入射 角的低于SOOnm的輻射，以及基本反射具有IRLED的中心波長的輻射。分束器22還可具有類帶通的光譜行為，從而大于自動聚焦光譜范圍(例如大于840nm)的波長還大致以45°入 射角透射?？衫斫?，在其他實施例中也可使用這些分束器特征。優(yōu)選，分束器可設置為例如通過交換輪或任意其他改變機構(gòu)可交換的。在設置于樣品中或其中間圖像30的調(diào)制對象的投射上游提供阻擋濾波器50，該 濾波器確保僅僅各個自動聚焦光譜范圍的輻射到達相機15。因此，可源自樣品的成像的其 他輻射被再次抑制。成像光學元件43向相機15成像在工件中或在參考對象中布置的調(diào)制對象的投射 或在邊界面上反射的圖像。成像光學元件43可包括筒內(nèi)透鏡51和小數(shù)值孔徑(例如NA =0. 2)的標準物鏡52。圖9示出在工件2上的直接激光寫入的情況下提供的圖7的配置的修改。代替樣 杯37，現(xiàn)在為具有蓋玻璃38的工件2，所述蓋玻璃38相對于輻射的入射方向設置在上方。 此外，示出掃描致動器23，其執(zhí)行工件2的(X，y，ζ)調(diào)節(jié)，以通過激光寫入生成三維結(jié)構(gòu)， 如上所述?？衫斫?，掃描致動器23經(jīng)由線路(未示出)連接至顯微鏡控制單元18，其控制 裝置的整個操作。
圖10和11示出在例如根據(jù)圖7的配置的自動聚焦系統(tǒng)中相機15的對比度信號。 圖10示出在相機面中用灰度級表示的對比度信號，圖11示出對比度信號的導數(shù)的量。在這 兩個附圖中，表示應用在χ方向采用像素數(shù)。為了抑制不具有投射到物面的光柵對比度的 所有信號分量，求對比度信號的導數(shù)。備選地或額外地，對比度信號還可經(jīng)過傅立葉過濾， 排除不相應于光柵周期的所有頻率，以優(yōu)化信號質(zhì)量。這相應于光柵頻率位于帶通中間的 帶通濾波。自動聚焦系統(tǒng)的獲取范圍通過物鏡20 (或邊界面)的ζ位移的范圍預定，其中在 自動聚焦相機處存在仍舊能夠被評估的對比度信號。為此需要符合兩個條件1.對比度信號仍舊必須位于像場中。2.對比度信號必須具有明顯大于噪聲級的足夠信號級?？砂l(fā)現(xiàn)邊界面的范圍是有限的。當物鏡20的焦面精確地位于邊界面上時，在對比 度的中心位于像場的中間的情況下，拍攝范圍是對稱的。在從像場的中間到像場的邊緣的對比度中心的位移中，自動聚焦對比度降低。信 噪比的該降低主要源自球面像差和源自慧差，這兩個圖像誤差在朝向像場的邊緣處一致地 增加。為此，應選擇在傾斜設置的自動聚焦相機上的像場大小，從而在拍攝范圍的邊緣處， 對比度級大約足夠。由此選擇相機的大小。為了排除這里的任何干擾限制，提供進一步開發(fā)，這通過圖7中的實例的虛線示 出。其包括縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)54，其改變在自動聚焦物鏡52和自動聚焦相機15之間的距離。 為此，物鏡52可相對于固定相機15移動，或相機15可相對于固定物鏡52沿著光軸0Α2移 動。所有已知的驅(qū)動技術(例如主軸驅(qū)動、步進電動機、DC電動機、壓電致動器等)適于優(yōu) 選地被電驅(qū)動的縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)54。自動聚焦物鏡52和相機15之間的距離的改變僅僅是相機15相對于自動聚焦投 射的像面的縱向調(diào)節(jié)的一般基本原理的實例。在最簡單的情況下，縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)可引起相 機15、投射光學元件52或光調(diào)制器28的位移。盡管焦面被調(diào)節(jié)，但是當縱向位移發(fā)生在反 向方向，縱向位移可能通常將來自邊界面的反射成像到相機15上。這是設置自動聚焦透鏡和自動聚焦相機之間的距離以使得對比度信號的中心始終位于像場的中間的原因。為此執(zhí) 行以下步驟1.借助于ζ驅(qū)動器41將邊界面設置于顯微鏡物鏡20的焦面。這是自動聚焦的開 始位置?，F(xiàn)在，對比度信號的中心位于像差最低的自動聚焦物鏡52的像場的中間。2.借助于ζ驅(qū)動器41將顯微鏡物鏡20的焦面移動至工件中或參考對象中。同 時，自動聚焦物鏡52和相機15之間的距離以如下方式改變對比度的中心保持在自動聚焦 物鏡52的像場的中間。3.因此，可連續(xù)地參照相對于邊界面的期望焦面。因此，補償由ζ驅(qū)動器41導致 的全部去焦，同時自動聚焦物鏡52和相機15之間的距離保持恒定。作為自動聚焦功能的 結(jié)果，對比度中心持續(xù)保持在自動聚焦物鏡52的像面的中間，因此在相機15的中間。
獲取和保持范圍僅受到自動聚焦物鏡52的像場的中間的圖像誤差的限制。這主 要涉及球面像差。朝向像場的邊緣大大增加的像差(特別地，慧差和曲率)不再具有干擾效 應。此外，避免了在像場的邊緣處發(fā)生的其他問題(例如照射的邊緣下降、漸暈和反射等)。由于對比度信號保持的像場的中間，還可將光調(diào)制器28設置為更小。不再需要在 物鏡20的整個像場上擴展，以最大化獲取范圍。將較少的自動聚焦光耦合至顯微鏡輻射， 由此減少在自動聚焦相機15上的散射光背景。當使用更小(即更短)的光調(diào)制器28時， 可能使用用于自動聚焦相機15更小的并由此更加成本有效的相機芯片。在相機15上成像的光調(diào)制器28的結(jié)構(gòu)、其到相機15的角度、相機15的分辨率、 以及在測量期間強度的靜態(tài)波動影響了 ζ位置的控制精度。為了能夠在例如自動聚焦期間 改變控制精度，這還可依賴于顯微鏡物鏡20，可選地可評估具有不同周期的幾個光柵結(jié)構(gòu) (其可作為光調(diào)制器28彼此相鄰布置)，如結(jié)合圖8已經(jīng)說明，和/或根據(jù)所需控制精度調(diào) 節(jié)光調(diào)制器28或相機15的傾斜位置的角度。后一選擇在圖7中通過虛線示出。在那里提 供了角度調(diào)節(jié)機構(gòu)55。一旦完成了自動聚焦調(diào)節(jié)過程，優(yōu)選地能夠例如根據(jù)先前定義的精度需求電調(diào)節(jié) 相機15的角度。在最簡單的情況下，通過借助適當角度調(diào)節(jié)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)相機15或光調(diào)制器 28來進行相機15和調(diào)制對象的圖像之間的角度調(diào)節(jié)。所有已知技術適于該目的，例如主軸驅(qū)動、步進電動機、DC電動機、線性電動機、壓 電致動器等。在適當角度的情況下，自動聚焦分辨率可被調(diào)節(jié)，并且通過適當光柵間隔分別 選擇光柵。所示的調(diào)節(jié)機構(gòu)54、55發(fā)出應用于自動聚焦裝置的控制裝置18的信號。因此，自動聚焦設備根據(jù)以下原理運行通過具有光源(例如具有840nm中心波長 的IR LED)的帶狀調(diào)制透射光柵來照射光調(diào)制器。將由此生成的照射調(diào)制對象投射至顯微 鏡物鏡20的物面中。當反射邊界面布置在物面或其周圍環(huán)境中時，反射回光柵結(jié)構(gòu)，并且 將這些反射成像在2D自動聚焦相機15上。由于相機相對于投射的光軸傾斜，所以光柵僅 在相機表面的窄區(qū)域中表現(xiàn)為焦距對準。為了排除背景噪聲，可在線路上微分2D自動聚焦 相機上的強度分布。然后，對于每個線路確定對比度中心。為了提高自動聚焦信號質(zhì)量，可 選地還平均幾個線路的對比度的中心，并且對比度的平均的中心的位置關聯(lián)于與顯微鏡物 鏡20的焦面相對的反射邊界面的對象側(cè)位置，因此其可用作自動聚焦信號。對于在直接激 光束寫入期間通常需要的特別高精度需求，有必要使得對比度中心盡可能位于與像場的中心接近，因為加工激光14的焦點也在這里。否則，工件2的彎曲部分(例如聚合物(抗蝕齊U)所在的玻璃格)可導致與校準測量相關的焦點的偏離。有利地，在顯微鏡1中所述自動聚焦設置的所述自動聚焦光束路徑21可有助于保 持將在工件2中生成的3D結(jié)構(gòu)的短程和長程量級，即使是透明工件2。具體地，在寫入處理 期間的任意時刻，邊界面可用于參考，這可通過上述自動聚焦功能或通過移動邊界面來進 行，而不必知道關于其位置的任意進一步假設。結(jié)果，當在邊界面的移動之前和之后的ζ位 置被讀出，可確定與邊界面相對的在工件中的焦點的當前位置。在使用加工激光輻射之前，可檢測相對于光軸的邊界面(即例如工件的表面)的 傾斜，并且可在直接激光寫入期間校正。為此，在固定的、適當選擇的檢查點處掃描工件2 的邊界面的位置，并且記錄各個ζ位置。在該初始掃描期間，可由用戶自由選擇檢查點的密 度，或可基于程序例程由顯微鏡控制單元18自動確定。顯微鏡控制單元在一次適配(fit) 中通過檢查點的特定ζ位置放置平面表面，并確定例如邊界面即工件2的表面的傾斜。然 后，當控制掃描致動器53時，在直接激光寫入期間考慮該傾斜，從而盡管工件2或其表面的 傾斜，由工件2上或工件2中的加工激光束14的焦點所接近的點被布置在具有對于表面的 期望關系的位點。通常，這些點通過他們到達工件2的平面的表面的距離來闡述或定義。如果在檢查點的ζ位置的適配期間，存在對于個別檢查點的過多偏差，則這表示 邊界面的變形。這樣的偏差可通常在使用多于三個檢查點時確定。當使用多于三個檢查點 時，可通常確定偏差。因此，當以一個面適配檢查點的ζ位置期間，各個檢查點的ζ位置示 出這些檢查點間隔至少為距離平面的閾值時，可拒絕工件2的加工。備選地或額外地，各個 檢查點到適配面的ζ距離或到幾個檢查點的距離計算的測量可用作在通過直接激光束寫 入對其進行加工之前或之后與工件2相關的質(zhì)量狀態(tài)的基礎。原理上，直接激光束寫入可發(fā)生在兩種結(jié)構(gòu)化類型中。在第一變形中，結(jié)構(gòu)化可按 如下方式發(fā)生在軸方向移動的固定橫向位置處出現(xiàn)曝光。該結(jié)構(gòu)化已知為所謂的軸掃描。 在工件的期望深度上的完全曝光之后，接近下一橫向點，并隨后發(fā)生相同軸移動。優(yōu)選，在 橫向移動之后的下一軸掃描之前，檢查與邊界面相關的焦點位置。備選地，結(jié)構(gòu)化可發(fā)生在橫向位移的給定軸位置處，這是該模式還已知為橫向掃 描的原因。可確定邊界面的位置，而不管在所選橫向點處的軸位置(這可能等同于所述檢 查點(但是不需要))。有利地，與邊界面位置相對的新參考可在每次與平面表面的適配中 在每個面中確定，以及可考慮用于該或下一深度的掃描。因此，所述的設置或所述的方法允許在直接激光束寫入期間補償位移，或執(zhí)行邊 界面位置(即工件的表面的位置)的檢查。顯然，在過強斷開位置(off-position)的情況 下發(fā)生寫入處理的終止。因此，根據(jù)本發(fā)明的設備可在操作中執(zhí)行以下步驟，這由顯微鏡控制單元18來控 制可基于所述進行的熒光樣品校準來進行ζ驅(qū)動器41和縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)(如果存在) 和可選(X，1，ζ)致動器的校準。在所謂的預掃描中，可在不同檢查點處通過自動聚焦裝置來掃描邊界面，并確定 的檢查點的ζ位置。從這些ζ位置對面進行模型化，以確定在工件2和蓋玻璃之間的邊界 面(即工件2的表面的面)的精確位置。如果存在從用于各個檢查點的適配面的太大距離，則工件2可由于不足被拒絕，或可提供有指示扭曲的不同質(zhì)量參數(shù)。對于這樣的行為，顯然 地能夠不僅使用一個檢查點，而且還可按適當方式使用鏈接所有檢查點的ζ偏差的適當測量。
使得加工激光束14的焦點位于邊界面上作為下一步驟，并且開始寫入步驟。在軸掃描的情況下，在垂直于邊界面的面中進行期望的激光束移動。只要還沒有 處理完整個三維體，在每個面之后存在橫向移動，即接近邊界面上的新的點?？蛇x地，可通 過自動聚焦來檢查該點是否實際位于邊界面上，以及是否必要進行校正。該校正還可通過 以下方式進行對于在預掃描期間確定的傾斜(如果做出具有代替面的曲面的適配)或工 件2的扭曲的參考。對于該新的橫向點，同樣存在垂直于樣品表面/邊界表面的掃描。因 此，處理下一面。在橫向掃描的情況下，在平行于邊界面的面中進行寫入處理。一旦處理了該面，則 接近新的軸位置，對于此可通過參照先前確定的邊界面來對面進行模型化。一旦通過軸掃描或橫向掃描彎曲處理了樣品，則完成加工處理。以下應用于具有自動聚焦裝置的顯微鏡1的所有實施例或操作模式顯然，與獲取范圍或定位精度的調(diào)節(jié)相關的上述修改不僅用于圖7的配置中，而 且用于所有實施例中。為了在在線跟蹤(即調(diào)制對象的圖像)期間通過結(jié)構(gòu)化的照射生成最低可能的影 響，可將帶圖案投射至樣品上，作為在快速序列(> 30Hz)中以交替方式橫向設置的調(diào)制對 象。在兩個位置的情況下，這可以是180°的相移，以及在三個位置的情況下，可以是120° 的相移。在使用電子光調(diào)制(獲得關于時間平均值的均勻照射)時，可容易地在觸發(fā)中調(diào) 節(jié)光柵結(jié)構(gòu)(即光柵對比度、占空比)。最佳光柵結(jié)構(gòu)到分別使用的物鏡20或其NA或倍率 的調(diào)節(jié)也是可能的。還有利地具有可調(diào)節(jié)的、特別可控制的光調(diào)制器28，并因此可變自動聚焦照射結(jié) 構(gòu)在找到邊界面之后，僅照射對象場的關注區(qū)域?？稍黾佑糜诟櫾O備的圖像對比度，可選 地還增加用于正常檢測通道的圖像對比度。在自動聚焦和跟蹤系統(tǒng)的變形中，使用計算控制和評估裝置(例如計算機)，其執(zhí) 行信號分析和致動器控制(ζ驅(qū)動、(X，1，ζ)表、濾波等)?？赏ㄟ^固件或軟件實現(xiàn)評估和 控制。該控制和評估裝置執(zhí)行這里說明的整個序列控制。代替可調(diào)節(jié)的(例如電可開關的)光調(diào)制器(例如LCD、DMD)，還可使用靜態(tài)光調(diào) 制器(透射或相柵)?？墒褂每蓛A斜平面的板或其他設備，將投射的調(diào)制對象移動到樣品 側(cè)。光柵的交換也是可能地，以結(jié)合地實現(xiàn)光柵常數(shù)或結(jié)構(gòu)的變形。如上所述，也可使用平 面的光柵結(jié)構(gòu)，其具有幾個不同光柵周期，例如具有不同光柵頻率的兩個至十個相鄰設置 的條形光柵。這通過實例示出了光調(diào)制器也可以是線形的，并且不必是二維。由于根據(jù)本發(fā)明的自動聚焦方法優(yōu)選地通過平面(二維)的相機來工作，所以可 通過評估幾個線路來進行噪聲抑制，或在幾個光柵線路的情況下，可通過讀出不同相機線 來選擇對于每個應用的最佳適當光柵，而不必做出任何機械改變(例如光柵的交換)。原理 上，垂直于光軸設置的光調(diào)制器28可更加容易地實現(xiàn)為透射調(diào)制器，而傾斜的光調(diào)制器28 更容易實現(xiàn)為反射調(diào)制器。如果通過跟蹤系統(tǒng)檢測很小的對象，則足夠高頻率照射調(diào)制不 再可能。在這種情況下，還可按空間非調(diào)制方式照射，以及僅評估散射的或反射的信號的強度。除了 CCD相機之外，可將CMOS和所有其他類型的數(shù)碼相機看作空間分解檢測器。自動聚焦裝置自動地聚焦樣品的特定區(qū)域，或?qū)⑵浔３衷趯ο蟮慕姑嬷?。為此，?預定邊界面和相關工件面之間的偏移(典型地，0. . . 1000 μ m)。如果該偏移逐步改變，則如 上所述，按與邊界面通常定義的和控制的距離三維地加工工件。在本說明書中描述了這樣的方法步驟或空間操作模式，他們通過屬于自動聚焦裝 置的控制裝置(例如通過控制裝置18)來實現(xiàn)。為了能夠通過自動聚焦裝置在樣品中盡可能地測量，相機15可相對于不同光軸 (例如圖7中的光軸0A2)不對稱地設置，從而獲得不對稱拍攝范圍。例如，當邊界面與物鏡 20的設置焦面一致時，對比度最大值可初始地接近于獲取范圍的邊緣。然后，拍攝范圍的其 他邊緣相應于邊界面到設置焦面(其中仍舊可固定焦點)的最大距離，即最大保持區(qū)域。
根據(jù)物鏡的倍率，可實現(xiàn)10 μ m至IOmm的獲取和保持范圍。依據(jù)物鏡的倍率或數(shù) 值孔徑，在ζ面中的分辨率是5nm至5 μ m。ζ分辨率通常是所使用的物鏡20的景深的五倍。
權(quán)利要求
一種用于工件(2)的激光束加工的方法，其中激光束(14)通過具有焦面的物鏡(20)聚焦在具有邊界面的工件(2)中或其上，以通過雙光子工藝生成加工效應，以及相對于工件(2)移動焦點的位置，并且為了獲得焦點的位置的參考，同樣通過物鏡(20)將照射調(diào)制對象投射至工件(2)和焦面中，或者與其相交，并且將在邊界面處出現(xiàn)的投射的反射成像在自動聚焦像面中并通過具有相機像面的相機(15)檢測，其中當所述照射調(diào)制對象的投射位于所述焦面中時，所述相機像面相交于所述自動聚焦像面，或者當所述調(diào)制對象的投射相交于所述焦面時，所述相機像面位于所述自動聚焦像面中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蓋玻璃(38)位于所述工件(2)上，并且將工 件和蓋玻璃之間的分界面用作邊界面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述調(diào)制對象(28)在不同于所述激光 束(14)的光譜范圍內(nèi)發(fā)光，以及在所述檢測中過濾出所述激光束(14)的光譜范圍。
4.如任一先前權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述邊界面的位置在所述激光束加 工期間至少間斷地確定，并用作設置焦點位置的參考。
5.如任一先前權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述邊界面的位置在激光束加工之 前在不同橫向點處確定，并通過面來模型化，以精確確定整個邊界面的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，根據(jù)橫向點的位置到模型化的面的距離，確 定所述邊界面從理想面的偏差的測量，以及向所述工件分配基于測量的質(zhì)量參數(shù)，特別地 如果所述測量在特定質(zhì)量參數(shù)范圍內(nèi)，則抑制工件的進一步加工。
7.如任一先前權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述工件(2)被加工，三維地移動所 述焦點的位置，其中在每個被連續(xù)完全處理的并且平行于或垂直于所述邊界面的面中移動 焦點，其中對于每個面在邊界面上做出參考。
8.如任一先前權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將熒光流體用于自動聚焦校準。
9.一種通過雙光子工藝來激光加工工件(2)的顯微鏡，包括物鏡(20)，其具有在工件 空間中設置的焦面；加工激光束源(42)，其發(fā)出加工激光輻射(14)，物鏡(20)將其聚焦在 工件空間中；以及自動聚焦裝置，其包括光調(diào)制器(28，29)，用于生成照射的、強度調(diào)制的 調(diào)制對象；自動聚焦光學元件(27)，其與物鏡(20)組合將照射調(diào)制對象投射在焦面中或與 焦面相交的面中，從而在工件空間中生成調(diào)制對象的圖像；相機(15)，用于拍攝包括相機 像面的二維圖片；以及自動成像光學元件(27，43)，其與物鏡(20) —起將在工件空間中設 置的調(diào)制對象的投射成像在自動聚焦像面中，其中當所述照射調(diào)制對象的圖像位于所述焦 面中時，所述相機像面相交于所述自動聚焦像面，或者當所述調(diào)制對象的圖像相交于所述 焦面時，所述相機像面位于所述自動聚焦像面中。
10.如權(quán)利要求9所述的顯微鏡，其特征在于，所述光調(diào)制器(28)是可控的，并且被控 制用于生成空間或時間強度調(diào)制的調(diào)制對象，以及所述相機(15)檢測該時間調(diào)制的對比 度，優(yōu)選，所述光調(diào)制器(28)包括照射的LCD或DMD元件或至少一個周期性結(jié)構(gòu)，特別地是 條柵結(jié)構(gòu)或幾個不同條柵結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的顯微鏡，其特征在于，經(jīng)由分束器(22)將調(diào)制對象的投 射反射到顯微鏡光束路徑(13)中。
12.如權(quán)利要求9至11中任一所述的顯微鏡，其特征在于，所述自動聚焦成像光學元件 包括至少一個濾波器(50)，其抑制或過濾出所述加工激光輻射(14)的光譜分量。
13.如權(quán)利要求9至12中任一所述的顯微鏡，其特征在于，所述自動聚焦成像光學元件 包括光學元件(43)，其設置在相機(15)的上游，并因此利用中間圖像(44)將調(diào)制對象的投 射成像在相機(15)上。
14.如權(quán)利要求9至13中任一所述的顯微鏡，其特征在于縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)(54)，用于調(diào) 節(jié)相機(15)和自動聚焦成像光學元件(43)之間的距離，其中所述縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)(54)具有 經(jīng)由路徑信號指示調(diào)節(jié)路徑的位置反饋。
15.如權(quán)利要求9至14中任一所述的顯微鏡，其特征在于，包括控制裝置(26)，其通過 觸發(fā)角度調(diào)節(jié)機構(gòu)來接收角度信號，并設置自動聚焦分辨率。
16.如權(quán)利要求9至15中任一所述的顯微鏡，其特征在于，提供控制單元(18)，通過如 下方式對其進行設置其控制根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一個控制顯微鏡的操作。
全文摘要
描述了一種用于工件(2)的激光束加工的方法，其中激光束(14)通過具有焦面的物鏡(20)聚焦在具有邊界面的工件(2)中或其上，以通過雙光子工藝生成加工效應，以及相對于工件(2)移動焦點的位置，并且為了獲得焦點的位置的參考，同樣通過物鏡(20)將照射調(diào)制對象的圖像投射至工件(2)和焦面中，或者與其相交，并且將在邊界面處出現(xiàn)的圖像的反射成像在自動聚焦像面中，以及通過具有相機像面的相機(15)檢測，其中當所述照射調(diào)制對象的圖像位于所述焦面中時，所述相機像面相交于所述自動聚焦像面，或者當所述調(diào)制對象的圖像相交于所述焦面時，所述相機像面位于所述自動聚焦像面中。
文檔編號G03F7/20GK101868320SQ200880117183
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者G·馮弗里曼, M·肯佩, P·衛(wèi)斯特發(fā)爾, W·格勞 申請人:卡爾蔡司公司;卡爾斯魯厄技術研究所