[發明專利]大口徑單層薄膜厚度全場檢測裝置

無效

• 申請號: 201010155065.5
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101907445A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 蘇俊宏;楊利紅;徐均琪;梁海鋒;惠迎雪;朱昌;田愛玲
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明涉及薄膜測量技術領域，具體涉及一種大口徑單層薄膜厚度全場檢測裝置。

技術背景

隨著科學技術的發展，光學薄膜已廣泛應用于軍事武器裝備和國防基礎建設。光學薄膜的主要光學參數包括：折射率、膜層厚度、反射比、透射比、散射比和吸收比等。在以上參數中，針對薄膜的反射比、透射比等技術的研究目前已經比較完善。而對于大口徑全場薄膜厚度的高精度檢測目前還沒有一套比較完善的檢測系統，而薄膜厚度參數對薄膜的設計和工藝制造都是不可缺少的。

當前常用薄膜厚度的光學測試方法很多，特點各不相同，按照其自身的特點可分為幾類。綜觀當前眾多流行的分類方式，有兩種最具代表性，第一種是機械接觸式，第二種是光學非接觸式。機械接觸式一般都采用機械探針接觸薄膜并且在薄膜樣品上掃描獲取膜厚信息，這種方法可實現大口徑薄膜厚度測試，但測試中會損傷所測樣品，并且探針接觸測試屬于單點檢測，全場測試需要探針在整個口徑范圍掃描，測試效率非常低。光學非接觸式膜厚測試依據其光學原理可分為干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法。也可根據光源分為激光測量和白光測量。還有的根據承載薄膜的基體情況分為透明基體測量和不透明基體測量等等。由于薄膜和基底材料的性質和形態不同，如何選擇符合測量要求的測量方法和儀器是一個值得深入研究的問題。每一種測量方法和儀器都有各自的使用要求、測量范圍、精確度、特點及局限性。

傳統的干涉方法測試膜層厚度的方法中：(1)使用邁克爾遜干涉儀測試膜厚，無法直接測出干涉條紋移動的整數個數，從而無法測出膜層的絕對厚度，并且當薄膜的反射率較小時，會使干涉條紋的幅度很小，計算值的誤差較大，從而使得測量精度具有一定的局限性。(2)因精確度高，因此橢圓偏振法是目前測量膜厚的最常用方法。但它也存在著不足之處，其測試屬于單點測試，一般均采用以單點膜厚值來代替整個膜層厚度，因此不能反映整個膜層的厚度分布情況；同時需要事先知道膜層的結構模型，因此測試人員對測試樣品必須了解才能進行，對操作人員的要求高，這樣該方法的使用要求就較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種全場薄膜厚度全場檢測裝置，以克服現有技術存在的不能反映整個膜層的厚度分布情況和使用要求高的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為：一種大口徑單層薄膜厚度全場檢測裝置，其特征在于：包括光源系統、干涉系統、CCD圖像捕獲系統和樣品移動控制系統，所述的干涉系統包括消模器、擴束器、準直鏡、成像物鏡、分光鏡、補償鏡、參考反射鏡、PZT調節器、PZT驅動和可控樣品臺，所述CCD圖像捕獲系統包括CCD攝像機、圖像捕獲器和計算機；所述的光源系統、消模器和擴束器依次設置在第一光軸上，所述CCD攝像機、成像物鏡、第二分光鏡、補償鏡、參考反射鏡和PZT調節器依次設置在與第一光軸平行的第二光軸上，同時反射鏡、第二分光鏡和樣品臺還依次位于垂直于第一光軸的第三光軸上；所述CCD攝像機還依次與圖像捕獲器、計算機、可控樣品臺、PZT驅動和PZT調節器相連接。

在上述擴束器和第一準直鏡之間可設置反射鏡。以縮短裝置尺寸。

上述光源系統中的激光光源是He-Ne激光器或YAG倍頻激光器。

本發明所提供的薄膜厚度檢測裝置可以針對高反射、減反射表面、薄膜、厚膜直觀看到膜厚的干涉圖樣，可以實時恢復薄膜位相，適用于各類光學元件及薄膜表面，且具有快速、準確、全方位監測的特點，而且為整個干涉視場內膜厚全自動化測試技術奠定了基礎。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1、能反映整個膜層的厚度分布情況：因為測試時干涉系統對樣片全視場信息進行采樣；對于超大口徑樣品測試(超過干涉視場范圍)，若一次無法采集樣片全場區域的情況，我們對樣品平臺進行改造，控制樣品移動，對樣品不同區域進行采樣，再通過拼接技術實現全口徑樣品信息測試，即無論大小口徑樣品均可實現全口徑范圍內膜層厚度的檢測；

2、使用要求降低：不需要對測試對象進行了解，即可直接測量；

3、測試效率高：干涉系統一次采集膜層表面區域與干涉系統發生干涉口徑一樣大，屬于一次即可獲得與干涉口徑一樣大的膜層信息，即一次干涉可測多點；若測試超大口徑樣品，我們對樣品平臺進行改造，控制樣品移動，對樣品不同區域進行采樣，再通過拼接技術實現全口徑樣品信息測試。

4、靈敏度高，測試精度高：本發明中涉及到了條紋、FFT、移相干涉技術及圖像拼接等多種技術，可實現膜厚的高精度測試；