CN102494606A - 一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，包括以下步骤：利用数字成像显微器件对被测对象进行数码成像；提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标及强度信息，作为目标信息进行处理统计；根据统计结果获得所需的被测对象的相关尺寸参数及误差参数。本发明可以显著改善光学显微系统的表观分辨率，可以最大限度地消除人为因素的影响使测量数据更加可信可靠。

Description

一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，特别是涉及一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法。

背景技术

光学显微镜的发明有了数百年历史，已成为各个领域中使用最广泛的常规光学装置。然而，光学显微镜的发展受物理极限和技术条件的限制，使其在性能和使用方面也存在一些问题，例如：常规装置的物镜最大放大倍率只能达到100-150倍，为使用方便舒适，目镜的放大倍率一般也限制在10倍左右，这样可用的最高总放大倍率约在千倍上下，考虑到人眼的实际分辨率，这样的光学系统的分辨率约在1/4微米量级。虽然采用一些特殊的光学措施可以使此结果有所改善，但会影响到使用的方便性。另外，在分辨率为1/4微米的光学系统上用常规方法进行尺寸和误差测量，由于是靠操作者进行主观判读，实际结果常会受到人为的影响，重复性难以保证，可靠的分辨率将大于1/4微米。

随着半导体技术的发展和CCD/CMOS类成像器件的出现，在光学显微镜上附加数字成像装置给其操作使用带来很大方便，也非常利于后期采用软件进行图象处理及发展各种应用功能。CCD/CMOS类成像器件的价格不断降低使得数字成像已成为中档以上光学显微镜的标准配置，正如数码相机取代传统胶片相机一样，已有各种取消目镜仅采用数字成像的显微装置出现。光学显微镜配用数字成像系统及大屏幕显示器后给操作上带来很大方便，靠一些操作软件的配合也可直接对所成图象进行测量和判读，使得分辨率和精度有所提高，但并未从根本上消除人为误差和波动的影响。实际使用中人们一方面希望光学显微系统的分辨率能有显著提高，另一方面希望能最大限度地消除人为因素的影响使测量数据更加可信可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，可以显著改善光学显微系统的表观分辨率，可以最大限度地消除人为因素的影响使测量数据更加可信可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，包括以下步骤：

(1)利用数字成像显微器件对被测对象进行数码成像；

(2)提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标及强度信息，作为目标信息进行处理统计；

(3)根据统计结果获得所需的被测对象的相关尺寸参数及误差参数。

所述步骤(1)中所述的配有CCD/CMOS成像器件的光学显微镜。

所述的配有CCD/CMOS成像器件的光学显微镜为配有CCD数字照相机的智能显微镜，采用150倍物镜和10倍目镜。

所述步骤(2)包括以下子步骤：

(21)提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息，形成二维矩阵数据文件；

(22)根据实际图像在感兴趣的部位选取合适位置，提取一维数据，得到一维尺寸相关信息。

所述步骤(21)中直接根据数码成像文件中的RGB数据提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息。

所述步骤(21)中将数码成像文件中的RGB数据处理成黑白数据后再提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明由于采用了十微米量级像素间距的常规CCD/CMOS成像器件，配合常规光学显微系统约千倍的放大率，此方法的检测尺度及误差即可进入十纳米量级。对已定CCD/CMOS成像器件其像素尺寸及间距等均已固定，测量用光学系统也已固定，因此据此测量提取的被测对象尺寸信息的波动及人为影响可以充分消除，重复性可以保证，可达很高的测量相对精度，经标定后可达很高的绝对精度。除此之外，由于提取的信息呈数字化特征，可以方便地进行统计或用软件处理，从而充分避免了传统模拟测量和判读引起的不确定性和人为误差。由此可见，此方法可以应用于以CCD/CMOS成像器件为标准配置的光学显微镜，也可应用于取消目镜仅采用数字成像的显微装置，具有很好的普适性和通用性，可以用相当灵活的方式实现。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明实施例中检测数据示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种简便可靠的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，如图1所示，实施步骤如下：

(1)检测中采用了配有Leica DFC500 CCD数字照相机的Leica DM4000M科研级智能显微镜，其上配用了150倍物镜和10倍目镜(数码成像所对应的目镜实际倍率低于10倍)。

(2)检测对象为长条台面形光电探测阵列芯片，其单元台面宽度约为50微米，检测中希望得到此阵列器件台面宽度的相对波动及统计误差信息。在此条件下由于采用常规光学测量及人工或模拟测量软件判读只能达到约0.5微米的精度，对应的波动误差信息在约1％量级，很多场合下无法满足应用要求。为此采用数字照相机得到被测对象的数码成像。此数字成像所用分辨率为1360x1024，相当于1.4M像素，属于较低分辨率。实际LeicaDFC500CCD数字照相机可以达到的最高分辨率为4080x3072，相当于12M像素。

(3)对此数码成像文件用常规软件如MatLab等提取像素位置坐标和强度信息，形成二维矩阵数据文件，然后根据实际图像在感兴趣的部位选取合适位置，提取一维数据，相当于进行线扫描。所得数据输入常规数据处理软件如Origin等得到直观的被测对象的一维尺寸相关信息，如图2所示。提取像素位置坐标和强度信息是可直接根据数码成像文件中的RGB数据，也可以处理成黑白数据后再提取，具体可根据被测对象的色彩情况及衬度决定。图2中的数据是由数码成像文件中的G数据提取的。

(4)根据图2的被测对象的像素坐标和强度信息及被测对象图像，在数据图形上直接提取被测对象尺寸相关的关键坐标，如图中的强度谷点A和B。在本实例中A、B点所对应的像素单元即可作为被测对象尺寸坐标。在此操作中，绝大部分情况下强度谷点A和B的位置都是唯一的，不会由于人工判读引起人为误差和波动，因此基本消除了人为影响。此操作也可由通用软件或开发专用软件自动完成。

(5)由A、B点所对应的像素单元作为被测对象尺寸坐标，即可确定被测对象的尺寸及误差信息。仍以图2为例，A和B点的坐标分别为(347，130)和(948，132)，即约50微米对应600像素，每像素对应约90纳米。在12M像素分辨率下即可达每像素对应30纳米，达到约0.1％的精度，可比直接模拟光学测量提高约一个量级。由于操作中判读均可精确到1个像素，数码成像对应的放大倍率也可以更高，因此分辨率可以达到10纳米量级。对于相对误差测量，对此像素数据进行统计即可直接得出所需结果并保证足够的重复性。当然，由于光学系统及成像器件本身并不是标准元件，因此在绝对尺寸测量中采用标准样品或用其他方式进行标定仍是需要的，标定以后的重复性仍可保证。

需要说明的是，此方法可以应用于以CCD/CMOS成像器件为标准配置的光学显微镜，也可应用于取消目镜仅采用数字成像的显微装置，具有很好的普适性和通用性，可以用相当灵活的方式实现。

Claims (6)

1.一种十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用数字成像显微器件对被测对象进行数码成像；

(2)提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标及强度信息，作为目标信息进行处理统计；

(3)根据统计结果获得所需的被测对象的相关尺寸参数及误差参数。

2.根据权利要求1所述的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述的配有CCD/CMOS成像器件的光学显微镜。

3.根据权利要求2所述的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，所述的配有CCD/CMOS成像器件的光学显微镜为配有CCD数字照相机的智能显微镜，采用150倍物镜和10倍目镜。

4.根据权利要求1所述的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下子步骤：

(21)提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息，形成二维矩阵数据文件；

(22)根据实际图像在感兴趣的部位选取合适位置，提取一维数据，得到一维尺寸相关信息。

5.根据权利要求4所述的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，所述步骤(21)中直接根据数码成像文件中的RGB数据提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息。

6.根据权利要求4所述的十纳米量级尺寸及误差光学检测方法，其特征在于，所述步骤(21)中将数码成像文件中的RGB数据处理成黑白数据后再提取数码成像中与被测对象尺寸信息对应的像素位置坐标和强度信息。

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