[發明專利]激光干涉法薄膜厚度變化量在線監測方法和裝置

有效

• 申請號: 201510249800.1
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN105136046B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 王娜;陳楷旋;劉柳
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發明公開了一種激光干涉法薄膜厚度變化量在線監測方法和裝置，該方法是：激光聚焦到被測薄膜上，在薄膜的上下表面產生的兩束反射光發生干涉；干涉光被探測，然后形成可視的周期性變化的“電壓?時間”曲線；結合周期數和所花時間可得薄膜厚度的變化量。該裝置包括：連續型激光二極管、發光二極管、二向色鏡、50:50分光片、消色差透鏡、紅外物鏡、第三分光片、成像元件、可見光截止濾光片、光電二極管。通過紅外物鏡配合發光二極管提供照明可將待測樣品表面可見光形貌和測量用的紅外激光光斑同時成像于成像元件上，起到實時對樣品表面特定點的測量。本發明具有精度高、成本低、實時無損、光路穩定、系統維護方便等優點。

技術領域

本發明屬于光電精密測量技術領域，具體涉及一種激光干涉法薄膜厚度變化量在線監測方法和裝置。

背景技術

隨著科技的進步，薄膜在包裝、農用和醫院等各個領域得到廣泛的應用，尤其是高分子薄膜在電子工業領域應用更加廣泛。在應用中，薄膜的厚度是判斷薄膜一些關鍵性性能指標的重要參考，對器件的影響至關重要。因此，薄膜的在線、實時、動態、準確、穩定、非接觸測量對薄膜的生產非常重要。

目前測量薄膜厚度的方法主要分為非在線測量和在線測量兩大類，具體：(1)非在線測量有探針法、光學測厚法、其他非在線方法；(2)在線包括激光測厚法、電容測厚法、射線測厚法、紅外測厚法。非在線測量雖然能對現有固定薄膜厚度進行精確測量，但有其局限性和不足，如探針法設備容易損傷薄膜、不易移動、測量過程要求嚴格無任何震動等；光學測量法常用橢圓偏振法，其測量速度較慢，無法進行快速測量。同時非在線測量均無法對薄膜在加工過程中厚度的變化進行在線監測，因此無法滿足在線測量的需求。

在線光學測量方法中使用最廣的是激光測厚法，原理是一束光在薄膜的上下表面發生反射，兩束反射光進行干涉，通過可逆計數器測定干涉條紋數從而得到待測膜厚。測量誤差為0.1％～0.3％，仍然無法滿足薄膜厚度在納米級別的測量需求。且傳統的測量方法對于測量環境的要求也比較嚴格，無法在薄膜的加工過程中給予測量，這勢必會造成大量的資源浪費。

因此，膜厚的高精度、無損、在線、低成本監測成為一個迫切需要解決的技術難題。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種激光干涉法薄膜厚度變化量在線監測方法，該方法具有精度高、無損、可在線監測、成本低的優點。

本發明的另一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種實現上述薄膜厚度變化量在線監測方法的監測裝置，該裝置具有成本低、易于構建等優點。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：激光干涉法薄膜厚度變化量在線監測方法，將激光聚焦到被測薄膜上，在被測薄膜的上下表面產生兩束反射光，且兩束反射光發生干涉形成干涉光，干涉光的強度隨著被測薄膜厚度的變化會發生周期性的變化；光電二極管將探測的干涉光功率轉換為電流，經數據采集電路將電流信號轉換為數字電壓信號，構建“電壓-時間”曲線；由于單個周期所需的時間已知，且每個周期表示被測薄膜厚度變化了其中λ是激光波長，n被測薄膜的折射率，據此得到薄膜厚度變化量。

優選的，所述在線監測方法還包括對樣品表面的成像，步驟是：可見照明光投射到被測薄膜上，照亮被測薄膜表面，得到一反射光，成像元件探測到該反射光，進而對被測薄膜表面進行成像。