[发明专利]垂直彩色共焦扫描方法和系统

说明书

一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法包括如下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；以及用照相机捕获来自被第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号。所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。因此，基于所述捕获的响应信号，能够确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度。

技术领域

本发明涉及一种用于测量物体表面轮廓的方法和系统，具体地，涉及一种共焦扫描方法和系统。

背景技术

因为装置的尺寸越来越小，所以在半导体行业中，尺度测量的精度要求越来越高。共焦技术为满足高分辨率的二维和三维测量要求提供了很好的方案。具体地，在共焦技术中，彩色共焦技术可以提高用于共焦测量的扫描机构的效率，并且使扫描机构更适合实时检测。

在彩色共焦系统中，沿着光轴线分散着不同颜色的光线，因此，目标物体只能反射小范围的波长，并且由成像系统接收反射的波长。然后，通过分析光谱，可以确定高度信息。光谱分析仪一般包括棱镜、光栅（或过滤器）以及亮度感测装置。

图1示出了由传统的共焦系统获得的示例性彩色共焦信号光谱的曲线图。图中，光谱表示普通的彩色共焦信号。在曲线图中，只有一个峰值，这表明系统只能接收聚焦光，而从物体表面反射的离焦光从针孔射出。换言之，通过查找脉冲信号或颜色的峰值位置就可以估算被检测物体表面的高度，并且可以预先调整高度和颜色之间的关系。为了确定物体的整个形状，需要沿着物体表面上的X-Y轴线进行二维扫描。

为了进一步提高彩色共焦系统的速度，可以用狭缝代替单个针孔点。公开号为2010/0188742的美国专利“狭缝扫描多波长共焦透镜模块和使用其的狭缝扫描显微系统和方法”公开了一种基于狭缝的彩色或多波长扫描系统。然而，在这种系统中，由于未聚焦的光可以扩散，并且沿着狭缝的方向到达相邻像素，所以，串扰问题严重，降低了系统的深度检测精度。

专利号9025245的美国专利“彩色共焦显微镜系统及其信号处理方法”公开了一种共焦系统，其使用一对光纤模块调节线性检测光或平面检测光。根据所述系统的描述，检测光分别通过滤色片被分为两个不同的图像感测单元。通过这种方式，产生了两个RGB图像，并且可以根据这两个图像的亮度比值，实现目标物体深度的计算或表面轮廓的重构。然而，所述系统的严重缺陷为：因为某些杂散或未聚焦的光线也可以进入系统，造成亮度偏移，并且可以改变色率比值，但是，在本系统中，仅基于最大亮度比值计算高度信息，所以，这种系统的准确性低。

因此，本发明的目的是通过调节光源的光谱以提高光色比运算的准确性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种共焦扫描方法和系统。所述方法和系统可以检测捕获的每个图像中的物体外形，同时，能够增强图像中的高度分辨率，而且与现有技术相比，所述方法和系统有助于提高扫描速度。

根据本发明的第一方面，提供了一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法。所述方法包括以下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；用照相机捕获来自被第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号；以及基于所述捕获的响应信号，确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。