[實用新型]一種具有快速調零系統的白光干涉儀

無效

• 申請號: 201020168460.2
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN201666783U
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 朱培;汪凱巍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/26;G02B27/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及一種干涉儀，尤其是涉及一種具有快速調零系統的白光干涉儀。

背景技術

當前，MEMS器件、波導材料、半導體晶片、薄膜技術等超精密元器件和材料正處在快速發展階段，僅MEMS器件的產值2005年即達到50億美元，并以每年20％的速度高速攀升。與此同時，對這些器件表面的快速高精度檢測以保證產品的質量一致性也顯得越來越重要，縱向掃描白光干涉儀(VerticalScanning?White?Light?Interferometer，以下簡稱為白光干涉儀)就是其中最重要的檢測手段。現有的白光干涉儀已經具有高達0.01nm的縱向測量分辨率，測量時間也可快至數秒鐘，如Taylor?Hobson公司的CCI6000、Zygo公司的NewView7000系列以及Veeco公司的Wyko?NT3300等。但現有儀器的主要缺點是測量前的調整時間太長，而且每更換一次被測樣品或者鏡頭都要重新調整。根據使用者的操作熟練程度，每次調整過程一般在5分鐘到20分鐘之間，是測量時間的幾十倍之多，成為制約白光干涉儀檢測時間的主要瓶頸。過長的調整時間極大地影響了大規模生產中的檢測效率，長時間地觀察監視屏幕也會導致操作者眼睛疲勞。大型企業往往采購幾十臺造價昂貴的儀器同時工作才能滿足檢測需求，人力、物力成本相當可觀。

調節白光干涉儀指零，是指調整干涉儀的兩臂光程差為零，此時才能觀察到清晰強烈的干涉條紋，再調整被測表面的傾斜角度盡量與參考鏡平行以使干涉條紋最稀疏。但白光的相干長度只有1-2微米，稍不留神或者調節太快就會錯過零程差位置，這是造成白光干涉儀難以指零的主要因素。為了降低調節難度，往往會在光源后面插入一個濾光片增加相干長度，但這種方法的作用也是很有限的，無法明顯縮短干涉儀的調整時間。

一個理想的解決辦法就是通過某種方式計算出干涉儀的光程差，隨后使用精密移動臺直接改變干涉儀的其中一個臂長到光程差為零的位置。這就需要一種微米級精度的絕對距離測量技術。顯然，激光干涉儀由于其2π相位不確定性問題無法判別相差半波長的整數倍的距離，無法實現絕對距離測量。使用兩個或者兩個波長以上的單色光做光源的合成波法雖然可以適當增加相位不確定長度，仍然無法從根本上解決問題。

使用波長可以連續改變的可調諧激光器(tunable?laser)作為光源的波長掃描干涉儀近來得到了較為廣泛的關注，與白光干涉儀不同的是，這種形式的干涉儀在無需進行光程掃描的狀態下，只需在改變輸出波長的同時記錄下來干涉信號的變化就可以計算出干涉儀的兩臂絕對相位差，從而求出光程差，不存在上述相位不確定性問題。而且無需機械掃描、容易調整并發現干涉信號，例如，Coe?PA等人就采用這種方法監測高輻射環境中的半導體表面變形情況。但這種干涉儀的測量精度只能達到亞微米級，距離白光干涉儀0.01nm的縱向測量分辨率還存在一定的差距。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種具有快速調零系統的白光干涉儀，首次提出將波長掃描干涉測量技術用于白光干涉儀的指零，融合二者的優點，并解決融合過程所帶來的關鍵問題。先使用波長掃描干涉儀快速計算出光程差，通過步進裝置自動調節干涉儀到零程差位置。此外，利用被測表面的傾斜度越小干涉條紋越稀疏的特點，通過圖像處理技術計算被測表面的傾斜度并自動調整該傾角以使干涉儀處于最佳工作狀態。

本實用新型采用的技術方案是：

白光光源的白光經可移除窄帶濾光片、孔徑光闌、視場光闌和準直系統準直后的平行光，經第一分光鏡反射進入顯微鏡物鏡，被第二分光鏡分成兩束，一束打在參考反射鏡上，另一束打在被測表面上，兩束光在第二分光鏡上發生干涉后，經會聚透鏡進入CCD相機，經圖像采集卡與計算機連接；安裝在顯微物鏡上的壓電陶瓷和精密平移臺分別經AD/DA卡與計算機連接。由可調諧激光器所發出的激光經擴束鏡擴束后通過裝在準直系統后的第三分光鏡后和第一分光鏡并入光路；在會聚透鏡和相機之間設置對長波完全反射的二向色鏡，探測器的一端接收二向色鏡的反射光，另一端經過AD/DA卡與計算機連接。

所述的可調諧激光器采用的是Nanoplus公司生產的分布反饋激光二極管，中心波長在760nm。

本實用新型具有的有益效果是：

1)將波長掃描干涉測長技術與白光干涉儀巧妙地融合在一起，汲取波長掃描干涉儀易于發現干涉信號及無需機械掃描的優點，用于白光干涉儀的指零，以彌補白光干涉儀很難發現干涉條紋的缺點。