專(zhuān)利名稱(chēng)：超精細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種采用光學(xué)手段進(jìn)行超精細(xì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量系統(tǒng)，其分辨能力達(dá)到納米至亞微米量級(jí)。
本發(fā)明主要應(yīng)用在具有超精細(xì)結(jié)構(gòu)(納米至亞微米級(jí))的樣品輪廓和結(jié)構(gòu)的測(cè)量。適合于作這種測(cè)量的情形有光盤(pán)表面結(jié)構(gòu)的測(cè)量、亞微米級(jí)線(xiàn)寬集成電路的測(cè)量、生物組織結(jié)構(gòu)測(cè)量、以及其他樣品結(jié)構(gòu)為納米級(jí)至亞微米級(jí)的樣品的測(cè)量。
已有技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高分辨率的測(cè)量系統(tǒng)主要有短波長(zhǎng)成象系統(tǒng)和各種掃描成象系統(tǒng)兩大類(lèi)。
1.短波長(zhǎng)成象系統(tǒng)采用物質(zhì)波的短波長(zhǎng)成像系統(tǒng)。如電子顯微鏡就是一種眾所周知的超高分辨率成像系統(tǒng)。其分辨能力可達(dá)到原子大小，為0.1納米量級(jí)。
采用光波的短波長(zhǎng)成像系統(tǒng)。如X光波段接觸式顯微，X光全息等。由于它們使用的波長(zhǎng)短，因而能夠獲得物體的細(xì)節(jié)信息。其分辨能力可達(dá)到納米至亞微米量級(jí)。可參閱Miklos Tegze and Gyula Faigel；Nature，vol.380，49(1996).和Ian McNulty et al；Science，vol.256，1009(1992).等文章。
2.掃描成像系統(tǒng)掃描隧道顯微系統(tǒng)(STM)和原子力顯微系統(tǒng)(AFM)。這些顯微系統(tǒng)采用的是用一個(gè)細(xì)小的探針掃描樣品表面，并逐點(diǎn)探測(cè)到的探針和樣品間的隧道電流大小(STM)或原子間斥力大小(AFM)來(lái)重構(gòu)樣品輪廓。這種系統(tǒng)的分辨能力可達(dá)納米量級(jí)。(請(qǐng)參閱E.J.Van Loenen，D.DijKamp等人發(fā)表于Applied Physics Letter，55，1312，1989的文章；Y.Z.Li等人發(fā)表于Applied Physics Letter，54，1424，1989的文章；L.Stockman等人發(fā)表于Phantoms Newsletter，N.2，September-October，1993的文章；以及J.Tersff與D.R.Hamanm發(fā)表于Physics Review，B31，805，1985的文章)。
近場(chǎng)光學(xué)掃描探針顯微系統(tǒng)(SNOM)。與STM和AFM類(lèi)似，這種系統(tǒng)采用光學(xué)的方法逐點(diǎn)探測(cè)物體表面的非輻射波(瞬逝波)的強(qiáng)度，并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖象重構(gòu)來(lái)獲取物體表面信息。其分辨能力可達(dá)到亞微米至納米量級(jí)?？蓞㈤單墨I(xiàn)宋葵等，《光學(xué)顯微鏡的最新發(fā)展》，物理22卷2期，81。
共焦掃描成象系統(tǒng)。這是另一種光學(xué)掃描成象系統(tǒng)。它采用輻射光，共軸光路，掃描物體，計(jì)算機(jī)圖象重構(gòu)的方式來(lái)獲取物體信息。該系統(tǒng)可以用來(lái)獲取物體的三維信息并且分辨率比常規(guī)顯微術(shù)提高約2-4倍。但是該系統(tǒng)能提高的分辨率有限，即受限于成象透鏡孔徑的大小和所用的測(cè)量光波波長(zhǎng)。關(guān)于該系統(tǒng)的介紹可參閱宋葵等，光學(xué)顯微鏡的最新發(fā)展，物理22卷2期，81.和T.Wilson and C.J.R.Sheppard，《Theoryand Practice of Scanning Optical Microscopy》(Academic，London，1984).等文獻(xiàn)。
3.其他系統(tǒng)由B.R.Frieden提出的變跡術(shù)，是通過(guò)在成像透鏡前采用適當(dāng)?shù)难谀?lái)改變有限大小區(qū)域的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。根據(jù)變跡術(shù)的理論，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)难谀？梢陨稍谟邢薮笮^(qū)域內(nèi)極尖銳的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)有限大小的物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)的橫向分辨率。需要指出的是，變跡術(shù)不是一種成熟的測(cè)量技術(shù)，這主要是由于該技術(shù)有兩個(gè)基本問(wèn)題未能解決其一，由掩模所產(chǎn)生的衍射花樣增加了埃里(Airy)斑次極大的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致成象對(duì)比度的下降。其二是該方法僅適用于軸上點(diǎn)，使成象系統(tǒng)不再具備空間不變性。由于這兩個(gè)問(wèn)題在普通光學(xué)成象系統(tǒng)中極為重要，因此，變跡術(shù)在光學(xué)測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用并不普遍。關(guān)于變跡術(shù)的理論可參閱R.Frieden；J.Opt.Soc.Am.57，1013，1967；R.Frieden；Optica Acta，16，795，1969；R.Frieden；Apply.Opt.，9，2489，1970等文章。
已有技術(shù)的分析1.短波長(zhǎng)成像系統(tǒng)電子顯微鏡可以獲得超高的分辨率，但其設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，分辨能力遠(yuǎn)超過(guò)納米量級(jí)，多用在對(duì)原子大小物質(zhì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和對(duì)其他測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)和檢驗(yàn)上。
短波長(zhǎng)光波顯微系統(tǒng)無(wú)疑可以獲得高分辨率。但由于短波長(zhǎng)的光(如X光)的光源和成象元件(如，反射鏡，光柵，波帶片等)的獲取相對(duì)于普通波長(zhǎng)光來(lái)說(shuō)并不是很容易。所以人們?cè)诓粩嗟貙ふ逸^好的短波長(zhǎng)光學(xué)成象系統(tǒng)的同時(shí)也在不斷地探詢(xún)普通波長(zhǎng)光源成象系統(tǒng)的獲得超高分辨率的途徑。
2.掃描成像系統(tǒng)STM和AFM采用探針掃描樣品表面的方式進(jìn)行測(cè)量，均屬于接觸式測(cè)量，與光學(xué)顯微術(shù)相比，它們不能做到非接觸、非損傷測(cè)量。
近場(chǎng)掃描探針顯微術(shù)采用光波作為探測(cè)手段。但由于它使用的是非輻射波(瞬逝波)，探測(cè)器必須貼近樣品表面(一個(gè)波長(zhǎng)以?xún)?nèi))。因而在宏觀(guān)上，它仍然是一種接觸式測(cè)量。它在獲得超高分辨率的同時(shí)，也丟失了普通光學(xué)顯微術(shù)的非接觸等諸多優(yōu)點(diǎn)。
共焦掃描顯微系統(tǒng)是一種采用普通波長(zhǎng)光源和探測(cè)輻射波的成象測(cè)量系統(tǒng)。它不可避免地受到衍射極限的限制，既其分辨率受到透鏡孔徑大小和光波波長(zhǎng)的限制。而且較之普通光學(xué)成象系統(tǒng)它所能提高的分辨率有限，僅為2-4倍。不能達(dá)到對(duì)納米至亞微米級(jí)結(jié)構(gòu)樣品的檢測(cè)要求。
本發(fā)明的目的在于采用共焦掃描和變跡術(shù)相結(jié)合的方式，用普通波長(zhǎng)的光源和輻射波作為探測(cè)光源，將達(dá)到普通光學(xué)測(cè)量的非接觸、非損傷等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將能夠一方面通過(guò)共焦掃描成像的共軸成像，掃描物點(diǎn)的方式克服變跡術(shù)只適合于軸上物點(diǎn)成像的限制，另一方面通過(guò)在共焦系統(tǒng)的成象透鏡前放置適當(dāng)?shù)难谀０鍋?lái)改變成象透鏡的傳遞函數(shù)，從而提高共焦系統(tǒng)的分辨率，克服共焦系統(tǒng)的分辨率受成象透鏡口徑大小限制的困難。
本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)如圖1或圖2所示。
圖1中由光源1開(kāi)始，沿著光路前進(jìn)的方向依次有反射鏡2、聚光鏡3、在聚光鏡3的焦點(diǎn)O1處置有小孔光闌4、與聚光鏡3同光軸共焦點(diǎn)O1有透鏡5、反射鏡6、掩模板7、透鏡8、置于透鏡8焦點(diǎn)O2上的待測(cè)樣品9置放在樣品架和精密位移器10上、與透鏡8同光軸共焦點(diǎn)O2有透鏡11、掩模板12、透鏡13、置于透鏡13焦點(diǎn)O3處的小孔光闌14、置于小孔光闌14后有探測(cè)器15。圖1中如果除去掩模板7和掩模板12，則是一個(gè)典型的透射式共焦掃描成像系統(tǒng)。本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)與已有技術(shù)的主要區(qū)別在于在該系統(tǒng)中加了掩模板7和掩模板12，可以證明對(duì)于一定形式的掩模板7和掩模板12，能夠提高系統(tǒng)對(duì)待測(cè)樣品9的分辨能力。
在圖2中由光源1開(kāi)始，沿著光路前進(jìn)的方向依次是反射鏡2、聚光鏡3、置于聚光鏡3焦點(diǎn)O1處的小孔光闌4、與聚光鏡3同光軸共焦點(diǎn)O1有透鏡5、分束鏡16、掩模板7、透鏡8、置于透鏡8焦點(diǎn)O2處的待測(cè)樣品9置放在樣品架和精密位移器10上；待測(cè)樣品9的反射光信號(hào)返回通過(guò)透鏡8、掩模板7、透過(guò)分束鏡16、再經(jīng)過(guò)透鏡13、在透鏡13的焦點(diǎn)O3處有小孔光闌14、小孔光闌14之后置有探測(cè)器15。在圖2中如果除去掩模板7，則是一個(gè)典型的反射式共焦掃描成像系統(tǒng)。所以本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)與已有技術(shù)的主要區(qū)別在于在該系統(tǒng)中加了掩模板7。同樣可以證明對(duì)于一定形式的掩模板7，能夠提高該系統(tǒng)對(duì)待測(cè)樣品9的分辨能力。
在圖1、圖2所示的系統(tǒng)中，光源1是采用非短波長(zhǎng)波段激光器的相干光源；精密位移器是采用壓電陶瓷材料(PZT)，達(dá)到nm級(jí)步進(jìn)精度的精密位移裝置；掩模板7或掩模板12是一種振幅受到調(diào)制的軟邊光闌，圖3給出該軟邊光闌的振幅調(diào)制示意圖。
詳細(xì)分析對(duì)于圖中除去掩模板的共焦掃描成像系統(tǒng)，若從焦點(diǎn)O1到焦點(diǎn)O2的成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為h1，從焦點(diǎn)O2到焦點(diǎn)O3的成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為h2，則該共焦系統(tǒng)的總的有效點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(heff)為
heff＝h1×h2(0)通過(guò)在系統(tǒng)中加上適當(dāng)形式的掩模，可以改變透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h1和h2，以形成有限大小區(qū)域內(nèi)極尖銳的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的橫向分辨率。
首先就一維成象系統(tǒng)為例，論證適當(dāng)?shù)难谀Ｄ芨淖兂上裣到y(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。對(duì)一成像系統(tǒng)，若在物鏡的前焦面上加一掩模，使其振幅透過(guò)系數(shù)為
式中
x為物鏡面上的空間坐標(biāo)，f為物鏡焦距，λ為成象波長(zhǎng)。n和λn分別為n階扁長(zhǎng)球函數(shù)及其相應(yīng)的本征值。c1＝β1x0為一維成象系統(tǒng)的空間帶寬積。其中β1取決于物鏡之孔徑，X0為視場(chǎng)尺寸。N為掩模的級(jí)數(shù)。
假定系統(tǒng)被一振幅為A的均勻單色光照明，則在濾波孔徑后的光場(chǎng)分布為E1(β)＝AUN(β)此時(shí)物鏡后焦面上的振幅分布，即有效物鏡系統(tǒng)(包括掩模和物鏡)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為[3]an(x)=∫-ααEt(β)P(β)eiβxdβ=A∫-β+βUN(β)eiβxdβ---(2)]]>式中
代表物鏡之光瞳函數(shù)。將(1)式代入(2)后得到
上式右邊的級(jí)數(shù)形式是δ函數(shù)在區(qū)域|x|≤x0內(nèi)的正交完備系的前N項(xiàng)。圖2示出了歸一化響應(yīng)曲線(xiàn)
相對(duì)于歸一化坐標(biāo)的響應(yīng)曲線(xiàn)。由此可見(jiàn)an(x)→sinc(πβi’x) 在|x|＜x0處。式中
因此有效物鏡系統(tǒng)的埃里(Airy)斑中心寬度可近似為ΔN=/N6x0----(4)]]>隨著N的增大埃里(Airy)斑的中心瓣寬度變小，分辨率也會(huì)相應(yīng)地提高。
以上則證明了采用(1)式的掩模圖案可以改變單個(gè)成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
但是該技術(shù)有兩個(gè)基本問(wèn)題需要解決其一，由掩模板所產(chǎn)生的衍射花樣增加了埃里(Airy)斑次極大的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致成象對(duì)比度的下降。其二是該方法僅適用于軸上點(diǎn)，使成象系統(tǒng)不再具備空間不變性。為了解決該問(wèn)題可以采用掃描共焦系統(tǒng)。論證如下對(duì)于軸外點(diǎn)，使x1=Δ，則
為保持系統(tǒng)對(duì)軸外點(diǎn)也是具有空間不變性，必須改變成象方式。由于在共焦光路下，移動(dòng)樣品的點(diǎn)掃描方式可以避免成象機(jī)制的空間變化，即可保持成象系統(tǒng)的空間不變性，而且焦面上的針孔還可以抑制埃里(Airy)斑的次極大。具體而言，在被測(cè)物前面的有效物鏡，其振幅透過(guò)函數(shù)為h1(x)＝aN(x) (6)物后的有效目鏡的振幅響應(yīng)函數(shù)為h2(x)＝sinc(πβ2x) (7)式中
由于采用點(diǎn)照明之故，物面上的波場(chǎng)響應(yīng)函數(shù)為U1(x)＝h1(x) (8)物后的波場(chǎng)U2(x)＝h1(x)·O(x-xs)(9)此處O(x)代表物體的透射函數(shù)，xs為掃描點(diǎn)，它滿(mǎn)足關(guān)系式
另外在探測(cè)器上的振幅響應(yīng)U3(x′)=U2⊗h2=∫∞∞u2(x)·h2(x-x′)dx----(11)]]>式中代表卷積運(yùn)算。由于使用點(diǎn)探測(cè)器，設(shè)其響應(yīng)為理想的沖擊函數(shù)，即D＝δ(x)。由此可推出I(x3)＝|heffO(x)|2(12)其中herr(x)＝h1(X)·h2(x)，代表從物空間到象空間的有效振幅點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。代入它們的表達(dá)式后得到
這些推導(dǎo)表明1.由(4)式可知有效振幅響應(yīng)函數(shù)的主瓣寬度隨著N的增大可以變小(圖4)。
2.樣品的有限尺度
保證了有效振幅響應(yīng)函數(shù)只對(duì)有限|x|≤x0有貢獻(xiàn)。
3.兩個(gè)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(sinc函數(shù))的乘積使有效振幅響應(yīng)函數(shù)的旁瓣得到極大的抑制(圖5)。
因而，利用變跡術(shù)和共焦術(shù)相結(jié)合能夠給出高對(duì)比度的超橫向分辨率的象。這里應(yīng)指出的是，這種成象系統(tǒng)屬于掃描成象系統(tǒng)，可以利用光電倍增管(PMT)來(lái)檢測(cè)微弱信號(hào)，之后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象重構(gòu)。
推廣至二維系統(tǒng)時(shí)，濾波透過(guò)函數(shù)應(yīng)為UN1N′(β,γ)=UN(β)UN′(γ)----(14)]]>(14)中，
其中x，y為物鏡面上的空間坐標(biāo)，β，γ為像面上的空間坐標(biāo)。
其振幅響應(yīng)函數(shù)為
式中c1＝β1x0，c2＝γ1x0，β1γ1取決于透鏡的口徑，x0y0取決于視場(chǎng)大小。當(dāng)N和N′增加時(shí)，獲得其漸近形式aN1N′(x,y)→sinc(πβ′1x)sinc(πγ′1y)]]>|x|≤x0，|y|≤y0式中β1′=β1/δN,γ1′=γ1/δN,δn=3β1x0/Nπ,δN′=3γ1y0/N′π]]>以上證明了利用變跡掩模和掃描共焦結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)能夠具有橫向超分辨能力。
推廣至三維的情況光學(xué)層析功能是共焦顯微術(shù)的最大特點(diǎn)，如何利用此系統(tǒng)提高軸向分辨率尤為重要，其成象系統(tǒng)的軸向分辨率可以通過(guò)類(lèi)似上述的變跡術(shù)方法加以改善。與上節(jié)不同之處是在物鏡之后加濾波器，使象的振幅透過(guò)率為<p>例子2包括Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15在內(nèi)并且在下表中列出的各種合金是通過(guò)熔化相關(guān)的成分金屬來(lái)制造的。它們均放置在一石英坩堝內(nèi)，并通過(guò)高頻感應(yīng)加熱而完全熔化。這種熔液是通過(guò)在2Kgf/cm2的氣壓下、通過(guò)一形成在所述坩堝下部?jī)?nèi)的細(xì)孔而注入到一具有一直徑為2mm長(zhǎng)度為30mm的圓柱形腔的銅制鑄模內(nèi)，并在室溫下加以保持，以獲得一用來(lái)測(cè)定機(jī)械性能的棒狀試樣。在下表中示出了這種測(cè)定結(jié)果。
表
從上表中可以清楚地看到，所制得的非晶質(zhì)合金材料顯示出這樣的性質(zhì)其抗彎強(qiáng)度值大大優(yōu)于以前作為套筒材料所采用的局部穩(wěn)定的氧化鋯(大約1,000MPa)，楊氏模量值約為其1/2，硬度值約為其1/3，這表明這些合金材料都具有作為套筒材料所必需的性能。
例子3將一如圖6所示的套筒金屬模和一金屬擠壓器相連，并藉助使用與例子1相同的合金制造出一套筒。為了進(jìn)行擠壓，使用的是分別藉助鑄造而預(yù)先準(zhǔn)備好的、直徑為25mm、長(zhǎng)度為40mm的諸根非晶質(zhì)坯料，它們由相同的合金制成。將各坯料預(yù)加熱到730K，并將所述擠壓器的容器和所述金屬模的入口部分和模制部分同樣加熱到730K。將熱的坯料加到所述擠壓器的容器內(nèi)，并隨后注入所述金屬模中。冷卻所述金屬模。然后，將成形制品從所述模具中取出來(lái)，除去入口部分，并進(jìn)行檢查。人們發(fā)現(xiàn)，成形制品的外觀(guān)、尺寸精度、表面粗糙度等都與例子1中所獲得的套筒的那些特征幾乎相等。
雖然已在上文中揭示了一些具體實(shí)施例和工作例子，但是，本發(fā)明還可以按其它特定形式來(lái)實(shí)施而不會(huì)背離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征。因此，應(yīng)認(rèn)為所述的各實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限制性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定，而不是由以上描述來(lái)限定，因此，應(yīng)該認(rèn)為，在所附權(quán)利要求書(shū)的涵義和等同物范圍內(nèi)的所有變化都包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.采用上述共焦掃描成像系統(tǒng)加掩模板以后，可以使用非短波長(zhǎng)光源，較之于已有技術(shù)必須使用X光等短波長(zhǎng)光源，其波段的光學(xué)元件的獲取相對(duì)較容易。
2.本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)是使用輻射波進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到非接觸式測(cè)量的目的，保留了傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量手段的非接觸，非損傷等優(yōu)點(diǎn)。
3.使用共焦掃描的共軸光路和點(diǎn)探測(cè)的結(jié)構(gòu)形式，克服了已有技術(shù)變跡術(shù)中存在的由掩模所產(chǎn)生的衍射花樣增加了埃里(Airy)斑次極大的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致成象對(duì)比度的下降，以及對(duì)于軸外點(diǎn)成象系統(tǒng)不再具備空間不變性等缺點(diǎn)。
4.對(duì)于原有的共焦光路通過(guò)在光路中增加掩模板的結(jié)構(gòu)，提高了其最大分辨能力，使得共焦光路能夠分辨超過(guò)經(jīng)典衍射極限的物體細(xì)節(jié)。
圖1為本發(fā)明基于透射式共焦掃描成像系統(tǒng)加掩模板7和掩模板12時(shí)的測(cè)量系統(tǒng)光路示意圖。
圖2為本發(fā)明基于反射式共焦掃描成像系統(tǒng)加掩模板7時(shí)的測(cè)量系統(tǒng)光路示意圖。
圖3為(1)式中N＝40時(shí)，掩模板的振幅透過(guò)率函數(shù)。
圖中縱坐標(biāo)是振幅透過(guò)率，橫坐標(biāo)是掩模板的相對(duì)尺度β/β0圖4采用掩模的成像系統(tǒng)的點(diǎn)振幅響應(yīng)曲線(xiàn)。實(shí)線(xiàn)代表aN(x)/aN(0)，此時(shí)C1＝6.25；短的斷線(xiàn)代表逼近的sinc函數(shù)；長(zhǎng)的斷線(xiàn)代表未加掩模板時(shí)的物鏡點(diǎn)振幅響應(yīng)曲線(xiàn)。
圖中橫坐標(biāo)為像面的相對(duì)尺度x/x0，縱坐標(biāo)為振幅響應(yīng)aN(x)/aN(0)。
圖5共焦系統(tǒng)有效振幅響應(yīng)曲線(xiàn)。圖中示出共焦系統(tǒng)的有效點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)heff和h1、h2的關(guān)系。
圖中橫坐標(biāo)為像面相對(duì)尺度x/x0，縱坐標(biāo)為振幅響應(yīng)aN(x)/aN(0)。
實(shí)施例1對(duì)于圖1中所示的系統(tǒng)，若光源1采用He-Ne激光器，透鏡5、透鏡8、透鏡11、透鏡13采用的數(shù)值孔徑為N.A.＝0.25的透鏡，在未加掩模板7和12時(shí)，該共焦掃描成像系統(tǒng)的橫向分辨能力為
。當(dāng)掩模板7和掩模板12采用(14)式所示的形式，其中取N＝N′＝5，則此時(shí)系統(tǒng)的橫向分辨率為
可以看出系統(tǒng)的分辨能力得到了提高。
實(shí)施例2對(duì)于圖2中所示的系統(tǒng)，若光源1采用He-Ne激光器，透鏡5、透鏡8、透鏡13采用的數(shù)值孔徑為N.A.＝0.25的透鏡，在未加掩模板7時(shí)，該共焦掃描成像系統(tǒng)的橫向分辨能力為
若掩模板7采用(14)式所示的形式，其中取N＝N′＝5，則此時(shí)系統(tǒng)的橫向分辨率也為
。與實(shí)施例1一樣，顯然是系統(tǒng)的分辨能力得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種超精細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括透射式共焦掃描成像系統(tǒng)由光源(1)開(kāi)始，沿著光路前進(jìn)的方向依次有反射鏡(2)，聚光鏡(3)，在聚光鏡(3)的焦點(diǎn)O1處置有小孔光闌(4)，與聚光鏡(3)同光軸共焦點(diǎn)O1有透鏡(5)，反射鏡(6)，透鏡(8)，置于透鏡(8)的焦點(diǎn)O2處有放在樣品架和精密位移器(10)上的待測(cè)樣品(9)，與透鏡(8)同光軸共焦點(diǎn)O2有透鏡(11)，透鏡(13)，置于透鏡(13)的焦點(diǎn)O3處有小孔光闌(14)，小孔光闌(14)之后有探測(cè)器(15)，其特征在于置于反射鏡(6)與反射鏡(8)之間有掩模板(7)，置于透鏡(11)與透鏡(13)之間有掩模板(12)。
2.一種超精細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括反射式共焦掃描成像系統(tǒng)由光源(1)開(kāi)始，沿著光路前進(jìn)的方向依次有反射鏡(2)，聚光鏡(3)，在聚光鏡(3)的焦點(diǎn)O1處置有小孔光闌(4)，與聚光鏡(3)同光軸共焦點(diǎn)O1有透鏡(5)，分束鏡(16)，透鏡(8)，置于透鏡(8)的焦點(diǎn)O2處有放在樣品架和精密位移器(10)上的待測(cè)樣品(9)，由待測(cè)樣品(9)反射返回的光束經(jīng)過(guò)透鏡(8)，分束鏡(16)，由分束鏡(16)透過(guò)的光束經(jīng)過(guò)透鏡(13)，在透鏡(13)的焦點(diǎn)O3處有小孔光闌(14)，小孔光闌(14)之后有探測(cè)器(15)，其特征在于置于分束鏡(16)與透鏡(8)之間有掩模板(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于掩模板(7)或掩模板(12)是一種振幅受調(diào)制的軟邊光闌。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于作為掩模板(7)或掩模板(12)的軟邊光闌的振幅調(diào)制為扁長(zhǎng)球函數(shù)，即為在一維情況下是
在二維情況下是UN1N′(β,γ)=UN(β)UN′(γ)----(2)]]>上述公式(1)、(2)中，
x、y為物鏡面上的空間坐標(biāo)，β和γ為像面上的空間坐標(biāo)，λ為成象波長(zhǎng)，f為物鏡焦距，n和λn分別為n階扁長(zhǎng)球函數(shù)及其相應(yīng)的本征值，c1＝β1x0為一維成象系統(tǒng)的空間帶寬積，其中β1取決于物鏡之孔徑，X0為視場(chǎng)尺寸，N和N’為掩模的級(jí)數(shù)，由公式(1)、(2)可推廣至三維情況。
全文摘要
一種超精細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng),適用于光盤(pán)表面結(jié)構(gòu)、亞微米級(jí)線(xiàn)寬集成電路、生物組織結(jié)構(gòu)以及其他納米至亞微米級(jí)樣品結(jié)構(gòu)的測(cè)量。它基于透射式共焦掃描成像系統(tǒng)或反射式共焦掃描成像系統(tǒng)中加入振幅受調(diào)制的軟邊光闌的掩模板。具有非接觸、非損傷、采用可見(jiàn)光激光器的相干光源,最大限度提高了系統(tǒng)的分辨能力,使得共焦光路能夠分辨超過(guò)經(jīng)典衍射極限物體細(xì)節(jié)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/58GK1201154SQ97106440
公開(kāi)日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1997年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月29日
發(fā)明者陳偵, 王桂英, 王之江, 丁志華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所