本公開涉及一種三維形狀檢查裝置及三維形狀檢查方法。

背景技術(shù)：

1、共聚焦顯微鏡(confocal?microscopy)或共聚焦激光掃描顯微鏡(confocallaser?scanning?microscopy，clsm)作為通過針孔去除失焦光的顯微鏡，是一種可以消除焦點(diǎn)以外區(qū)域產(chǎn)生的光干擾而獲得高分辨率和高放大倍數(shù)的顯微鏡，在生命科學(xué)、半導(dǎo)體、材料科學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2、在共聚焦顯微鏡中已知有利用色差對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行三維檢查的彩色共聚焦顯微鏡(chromatic?confocal?microscopy)。彩色共聚焦顯微鏡使光源發(fā)出的白色光按多個(gè)波長(zhǎng)以不同折射率進(jìn)行折射，并將折射后的光照射到測(cè)量對(duì)象的表面。其以如下方式進(jìn)行檢查：使按波長(zhǎng)折射的光中的在測(cè)量對(duì)象表面上聚焦并反射的光穿過針孔，并通過光譜儀來(lái)檢測(cè)所穿過光的波長(zhǎng)。彩色共聚焦顯微鏡預(yù)先將聚焦的光的波長(zhǎng)信息和對(duì)應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)的焦距信息表格化，以基于檢測(cè)到的光的波長(zhǎng)信息來(lái)測(cè)量測(cè)量對(duì)象的高度的方式進(jìn)行三維檢查。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)課題

2、現(xiàn)有的彩色共聚焦顯微鏡是通過檢測(cè)從光源發(fā)射的光僅照射測(cè)量對(duì)象表面上的一個(gè)點(diǎn)而被反射的光來(lái)執(zhí)行三維檢查，因而僅能實(shí)施點(diǎn)掃描(point?scan)方式或微小長(zhǎng)度的線掃描(line?scan)方式，存在檢查速度非常慢的局限性。本公開的實(shí)施例解決了上述以往技術(shù)存在的問題。

3、另外，現(xiàn)有的彩色共聚焦顯微鏡在測(cè)量對(duì)象包含透明體的情況下，存在只有事先具備透明體的折射率信息才能對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行檢查的問題。此外，根據(jù)包含透明體的測(cè)量對(duì)象的試樣形狀，存在無(wú)法進(jìn)行檢查的情況，因而存在能夠檢查與否會(huì)根據(jù)試樣形狀而異的問題。本公開的實(shí)施例解決了上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

4、技術(shù)方案

5、本公開的一個(gè)方面提供一種三維形狀檢查裝置的實(shí)施例。代表性實(shí)施例的三維形狀檢查裝置包括：光照射部，所述光照射部包括光源及被配置為對(duì)從所述光源接收的光進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制器，從而將具有多個(gè)焦點(diǎn)的多個(gè)光向下照射到測(cè)量對(duì)象的表面上；光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)使所述被調(diào)制的各個(gè)光根據(jù)色差按多個(gè)波長(zhǎng)以互不相同折射率折射，從而形成按波長(zhǎng)折射的光聚焦的上下方向的測(cè)量區(qū)間；光分路器，所述光分路器使所述測(cè)量對(duì)象反射的光中的一部分光透過，并使所述測(cè)量對(duì)象反射的光中的另一部分光反射；第一檢測(cè)部，所述第一檢測(cè)部檢測(cè)從所述光分路器透過的光的波長(zhǎng)信息；及第二檢測(cè)部，所述第二檢測(cè)部檢測(cè)從所述光分路器反射的光的波長(zhǎng)信息；其中，作為所述第一檢測(cè)部和所述第二檢測(cè)部中任一個(gè)的濾光檢測(cè)部包括阻擋特定波長(zhǎng)以上光的濾光部而檢測(cè)未達(dá)所述特定波長(zhǎng)的光的信息。

6、在一實(shí)施例中，三維形狀檢查裝置可還包括：控制部，所述控制部基于所述第一檢測(cè)部檢測(cè)到的信息和所述第二檢測(cè)部檢測(cè)到的信息，測(cè)量所述測(cè)量對(duì)象的基部的高度及布置在所述基部上的透明體的高度。

7、在一實(shí)施例中，所述濾光檢測(cè)部可被配置為檢測(cè)光的強(qiáng)度信息。

8、在一實(shí)施例中，三維形狀檢查裝置可還包括：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部，所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部通過在上下方向上改變所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦的位置而使得能夠改變所述測(cè)量區(qū)間；及控制部，所述控制部被配置為當(dāng)判斷為所述光的強(qiáng)度信息為既定的第一特定強(qiáng)度以下時(shí)，控制所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部以改變所述測(cè)量區(qū)間。

9、在一實(shí)施例中，所述控制部可在判斷為所述光的強(qiáng)度信息為既定的第一特定強(qiáng)度以下時(shí)，控制所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部以使波長(zhǎng)更短的光反射到所述測(cè)量對(duì)象的方式改變所述測(cè)量區(qū)間。

10、在一實(shí)施例中，三維形狀檢查裝置可還包括：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部，所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部通過在上下方向上改變所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦的位置而使得能夠改變所述測(cè)量區(qū)間；及控制部，所述控制部被配置為當(dāng)判斷為所述光的強(qiáng)度信息為既定的第二特定強(qiáng)度以上時(shí)，控制所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部以改變所述測(cè)量區(qū)間。

11、在一實(shí)施例中，所述控制部可在判斷為所述光的強(qiáng)度信息為既定的第二特定強(qiáng)度以上時(shí)，控制所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部以使波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光反射到所述測(cè)量對(duì)象的方式改變所述測(cè)量區(qū)間。

12、在一實(shí)施例中，三維形狀檢查裝置可還包括：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部，所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部通過在上下方向上改變所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦的位置而使得能夠改變所述測(cè)量區(qū)間；及控制部，所述控制部在所述光的強(qiáng)度信息滿足既定基準(zhǔn)時(shí)，控制所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部以改變所述測(cè)量區(qū)間；其中，所述第一檢測(cè)部及所述第二檢測(cè)部可在改變了所述測(cè)量區(qū)間的狀態(tài)下，再次檢測(cè)光的波長(zhǎng)信息。

13、在一實(shí)施例中，所述控制部可被配置為：(i)在改變所述測(cè)量區(qū)間之前的第一狀態(tài)下，獲得所述第一檢測(cè)部和所述第二檢測(cè)部中并非所述濾光檢測(cè)部的非濾光檢測(cè)部檢測(cè)到的第一信息，并獲得所述濾光檢測(cè)部檢測(cè)到的第二信息；(ii)在改變所述測(cè)量區(qū)間后的第二狀態(tài)下，獲得所述非濾光檢測(cè)部檢測(cè)到的第三信息及所述濾光檢測(cè)部檢測(cè)到的第四信息；(iii)基于所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息及所述第四信息，測(cè)量所述測(cè)量對(duì)象的基部的高度及布置在所述基部上的透明體的高度。

14、在一實(shí)施例中，當(dāng)將與所述光學(xué)系統(tǒng)到所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦位置的距離的平均值成比例的值定義為工作距離時(shí)，所述控制部可基于所述第一狀態(tài)下的工作距離、所述第二狀態(tài)下的工作距離、所述第一信息和所述第三信息，測(cè)量所述透明體的折射率。

15、在一實(shí)施例中，所述光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)色差按各個(gè)波長(zhǎng)具有固有的焦點(diǎn)偏移值，當(dāng)將與所述光學(xué)系統(tǒng)到所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦位置的距離的平均值成比例的值定義為工作距離時(shí)，所述控制部可測(cè)量折射率，該折射率是將所述第一狀態(tài)下的工作距離減去所述第二狀態(tài)下的工作距離所得的值，除以與所述第三信息對(duì)應(yīng)的第三焦點(diǎn)偏移值減去與所述第一信息對(duì)應(yīng)的第一焦點(diǎn)偏移值所得的值后所得的值。

16、在一實(shí)施例中，所述控制部可基于所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息、所述第四信息及所述折射率，測(cè)量所述測(cè)量對(duì)象的基部的高度及布置在所述基部上的透明體的高度。

17、在一實(shí)施例中，所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)部可包括：可變型透鏡，所述可變型透鏡能夠基于所施加的電流，改變所述測(cè)量區(qū)間；且所述所施加的電流越大，則所述第一狀態(tài)下的工作距離減去所述第二狀態(tài)下的工作距離所得的值越大。

18、在一實(shí)施例中，所述濾光檢測(cè)部可以是所述第二檢測(cè)部。

19、在一實(shí)施例中，所述空間光調(diào)制器可包括：多個(gè)數(shù)字微鏡裝置，所述多個(gè)數(shù)字微鏡裝置通過反射從所述光源接收的光而進(jìn)行調(diào)制，并以陣列形式布置。

20、在一實(shí)施例中，所述第一檢測(cè)部和所述第二檢測(cè)部可在所述按波長(zhǎng)折射的光中，檢測(cè)在與所述測(cè)量對(duì)象的基部的高度或布置在所述基部上的透明體的高度對(duì)應(yīng)的位置處聚焦并反射的光的顏色信息。

21、在一實(shí)施例中，所述光照射部可將在垂直于上下方向的水平方向上具有多個(gè)焦點(diǎn)的所述多個(gè)光向下照射到所述測(cè)量對(duì)象的所述表面上。

22、本公開的又一個(gè)方面提供一種三維形狀檢查方法的實(shí)施例。代表性實(shí)施例的三維形狀檢查方法包括：光調(diào)制步驟，對(duì)從光源接收的光進(jìn)行調(diào)制以使得具有多個(gè)焦點(diǎn)的多個(gè)光照射到測(cè)量對(duì)象的表面上；光照射步驟，向下側(cè)照射光，以使所述被調(diào)制的各個(gè)光根據(jù)色差按多個(gè)波長(zhǎng)以互不相同折射率折射，從而形成按波長(zhǎng)分別折射的光聚焦的上下方向的測(cè)量區(qū)間；光路徑形成步驟：借助光分路器，使所述測(cè)量對(duì)象反射的光中的一部分光透過，使所述測(cè)量對(duì)象反射的光中的另一部分光反射；第一檢測(cè)步驟，檢測(cè)在所述光路徑形成步驟中透過的光的波長(zhǎng)信息；及第二檢測(cè)步驟，檢測(cè)在所述光路徑形成步驟中反射的光的波長(zhǎng)信息；其中，所述第一檢測(cè)步驟和所述第二檢測(cè)步驟中的任一個(gè)包括：濾光檢測(cè)步驟，阻擋特定波長(zhǎng)以上的光而檢測(cè)未達(dá)所述特定波長(zhǎng)的光的信息。

23、在一實(shí)施例中，所述濾光檢測(cè)步驟可檢測(cè)光的強(qiáng)度信息，三維形狀檢查方法可還包括：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)步驟，當(dāng)判斷為所述光的強(qiáng)度信息為既定的第一特定強(qiáng)度以下或既定的第二特定強(qiáng)度以上時(shí)，通過在上下方向上改變所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦的位置來(lái)改變所述測(cè)量區(qū)間。

24、在一實(shí)施例中，所述濾光檢測(cè)步驟可檢測(cè)光的強(qiáng)度信息，三維形狀檢查方法可還包括：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)步驟，當(dāng)所述光的強(qiáng)度信息滿足既定基準(zhǔn)時(shí)，通過在上下方向上改變所述按波長(zhǎng)折射的光聚焦的位置來(lái)改變所述測(cè)量區(qū)間，在改變了所述測(cè)量區(qū)間的狀態(tài)下，再次進(jìn)行所述第一檢測(cè)步驟和所述第二檢測(cè)步驟。

25、發(fā)明效果

26、根據(jù)本公開的實(shí)施例，可通過使用空間光調(diào)制器和檢測(cè)光的顏色信息的圖像傳感器，以更快的速度對(duì)測(cè)量對(duì)象的大面積(large?area)進(jìn)行三維檢查。

27、根據(jù)本公開的實(shí)施例，具有的效果是，即使在測(cè)量對(duì)象中包含透明體的情況下，無(wú)需透明體的折射率信息便可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量對(duì)象的檢查。

28、根據(jù)本公開的一實(shí)施例，具有的效果是，即使在測(cè)量對(duì)象包括透明體的情況下，也可與測(cè)量對(duì)象形狀無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量對(duì)象的檢查。