[實(shí)用新型]薄膜厚度測(cè)量裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120080372.1
• 申請(qǐng)日: 2011-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN202041181U
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭志遠(yuǎn);樊振軍;張自力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)北京
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及薄膜厚度測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及利用邁克爾遜干涉原理測(cè)量薄膜的裝置。

背景技術(shù)

對(duì)于薄膜厚度的測(cè)量問題是工業(yè)、工程等領(lǐng)域經(jīng)常面臨的一個(gè)問題。在以往的實(shí)驗(yàn)測(cè)量中要求薄膜本身具有很高的反射率或者將薄膜與反射率很高的元件連在一起實(shí)現(xiàn)反射，或者要求薄膜有很高的透射率。這樣除了帶來操作上的繁瑣外，對(duì)所測(cè)薄膜的性質(zhì)有額外要求，適用性較差，而且測(cè)量精度低。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種適用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的薄膜厚度測(cè)量裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的薄膜厚度測(cè)量裝置，包括光源、邁克爾遜干涉儀和壓力傳感器，邁克爾遜干涉儀的可移動(dòng)反射鏡的背面設(shè)置有一支桿，所測(cè)薄膜夾持在支桿和壓力傳感器之間；壓力傳感器用于測(cè)量可移動(dòng)反射鏡移動(dòng)過程中壓力變化；光源發(fā)出的光束經(jīng)邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生干涉條紋，通過可移動(dòng)反射鏡在不同位置干涉條紋變化的數(shù)目和光源的半波長，得到所測(cè)薄膜的厚度。

本實(shí)用新型的薄膜厚度測(cè)量裝置根據(jù)干涉條紋變化的數(shù)目和光源的半波長計(jì)算得到可移動(dòng)反射鏡的移動(dòng)距離，從而得出薄膜的厚度。與現(xiàn)有測(cè)量薄膜厚度裝置相比，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同透射率、不同反射率薄膜的測(cè)量，以及在形態(tài)上容易變形的薄膜的測(cè)量，可測(cè)量薄膜種類更為廣泛，且測(cè)量精度高。

附圖說明

????圖1為本實(shí)用新型測(cè)量裝置的示意圖；

圖2為所測(cè)薄膜放置位置示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型測(cè)量裝置包括連續(xù)激光器101，邁克爾遜干涉儀和數(shù)字壓力傳感器107。其中所述激光器為He-Ne連續(xù)激光器，邁克爾遜干涉儀包括擴(kuò)束鏡102、分束片103、光程補(bǔ)償片104、CCD105、可移動(dòng)全反鏡106和固定全反射鏡108，激光器101輸出光束后首先由擴(kuò)束鏡102擴(kuò)束，使得光束直徑均勻變大。分束片103將光束分為兩束，分別達(dá)到兩端的全反鏡106、108。為了使分束后兩束光的光程相等，加入了光程補(bǔ)償片104。兩束光干涉后的干涉條紋經(jīng)聚焦鏡109由CCD105記錄。可移動(dòng)全反鏡106的背部固定連接一剛性支桿110。支桿110與壓力傳感器107的剛性觸頭的接觸緊密程度是由傳感器上的壓力數(shù)字顯示出來?？梢苿?dòng)全反鏡106移動(dòng)的距離即光程的改變量等于干涉條紋變化的條紋數(shù)目與激光半波長的乘積。

具體測(cè)量過程為：如圖2所示，首先將被測(cè)薄膜放于全反鏡106與壓力傳感器107之間，輕輕調(diào)節(jié)全反鏡106的前后位置，使壓力傳感器顯示的壓力最小。然后將被測(cè)薄膜取走，向壓力傳感器107方向移動(dòng)全反鏡106，直至壓力傳感器107再次顯示的壓力最小。全反鏡106移動(dòng)的距離即被測(cè)薄膜的厚度等于CCD105記錄的干涉條紋變化的條紋數(shù)目與激光半波長的乘積。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明中的激光器僅作為光源，提供發(fā)生干涉的光束，其它能夠提供單色光的光源也可使用；所述的數(shù)字顯示壓力傳感器作為衡量壓力程度的一種工具，其它能夠感知壓力變化的元件也可使用。

為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的效果，對(duì)本實(shí)用新型的薄膜厚度測(cè)量裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

功率為10mW、波長為632.8nm的氦氖激光提供光束產(chǎn)生干涉條紋。全反射鏡106后連接的剛性支桿110與壓力傳感器107的剛性觸頭接觸，壓力傳感器的最小分辨率為0.01N。被測(cè)薄膜采用的是普通的A4紙200。壓力傳感器107在測(cè)量過程中始終是固定的。當(dāng)移動(dòng)與全反鏡相連接的剛性支桿110擠壓A4紙200，使壓力傳感器107顯示最小壓力時(shí)，停止移動(dòng)剛性支桿110，這時(shí)將A4紙200取走，并在CCD?105上開始對(duì)干涉條紋的變化數(shù)目記錄。繼續(xù)移動(dòng)剛性支桿110，當(dāng)再次與壓力傳感器107相接觸并顯示最小壓力時(shí)停止移動(dòng)。根據(jù)CCD上干涉條紋變化的數(shù)目與入射激光半波長316.4nm的乘積獲得A4紙的厚度。實(shí)驗(yàn)測(cè)量8次取平均值以減少誤差。由此得到A4紙的厚度為88.91μm。另外，在不考慮紙張均勻性的情況下，我們對(duì)1000張紙用游標(biāo)卡尺進(jìn)行了厚度測(cè)量，獲得每張紙的平均厚度為90.49μm，二者的誤差為1.75%。另外，將光源的波長改為532nm，這樣獲得A4紙的厚度為89.38μm，與90.49μm相比，二者的誤差為1.23%。上述結(jié)果均說明了采用本實(shí)用新型裝置帶來的有益效果。

該實(shí)驗(yàn)裝置適用于微米級(jí)的薄膜測(cè)量，如果薄膜太厚，產(chǎn)生的干涉條紋的數(shù)目越多，產(chǎn)生誤差會(huì)較大。同時(shí)受激光波長本身的限制，對(duì)于納米量級(jí)薄膜的測(cè)量誤差也較大。

盡管參照上述的實(shí)施例已對(duì)本實(shí)用新型作出具體描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，應(yīng)該理解可以基于本實(shí)用新型公開的內(nèi)容進(jìn)行修改或改進(jìn)，并且這些修改和改進(jìn)都在本實(shí)用新型的精神以及范圍之內(nèi)。