[發(fā)明專利]一種薄膜厚度與折射率同時(shí)測量的裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810082442.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN108426530B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍;盧旭;苑勇貴;李寒陽;馬馳;祝海波;張建中;苑立波
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06;G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種薄膜厚度與折射率同時(shí)測量的裝置及測量方法，屬于光學(xué)測量領(lǐng)域。具體包括寬譜光源輸出模塊、窄線寬激光光源輸出模塊、膜厚測量探頭模塊、解調(diào)干涉儀模塊以及采集與控制模塊五部分。本發(fā)明將窄線寬激光光源輸出模塊的輸出信號(hào)直接輸入到解調(diào)干涉儀模塊中，滿足干涉信號(hào)共光路的同時(shí)避免了膜厚測量探頭模塊中激光透射光以及激光多次反射光對干涉信號(hào)質(zhì)量的影響；通過控制膜厚測量探頭尾纖的長度避免了膜厚測量探頭模塊中寬譜光透射光對特征信號(hào)峰識(shí)別的干擾。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)不需標(biāo)定樣品標(biāo)定即可對薄膜的厚度及折射率進(jìn)行非接觸測量，具有自校準(zhǔn)、測量結(jié)果可溯源、穩(wěn)定性高、特征信號(hào)識(shí)別簡單等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及到了一種薄膜厚度與折射率同時(shí)測量的裝置及測量方法。

背景技術(shù)

隨著材料科學(xué)與技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為滿足微電子、光電子、新能量等領(lǐng)域的迫切需求，薄膜在光學(xué)工程、機(jī)械工程、通訊工程、生物工程、航空航天工程、化學(xué)工程、醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。薄膜的厚度不僅是薄膜生產(chǎn)中關(guān)鍵的決參數(shù)之一，更定著薄膜在力學(xué)、電磁、光電和光學(xué)等場景中的應(yīng)用性能。對薄膜厚度的精確測量一直是薄膜生產(chǎn)以及應(yīng)用中重要的環(huán)節(jié)之一。

1941年，N.Schwartz等人提出了一種利用高精度機(jī)械觸針在物體表面運(yùn)動(dòng)來感知表面輪廓的變化的接觸探針法(N.Schwartz,R.Brown,“A Stylus Method for Evaluatingthe Thickness of Thin Films and Substrate Surface Roughness,”in Transactionsof the Eighth Vacuum Symposium and Second International Congress(Pergamon,NewYork,1941),pp.834–845.)，該方法具有穩(wěn)定性好，分辨力高，測量范圍大等優(yōu)點(diǎn)；但由于探針法中包含基于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的探針，對薄膜測量時(shí)需要進(jìn)行二次加工，此外探針在薄膜表面的移動(dòng)，也會(huì)給薄膜造成一定的損害。因此非接觸測量法便很快的取代了接觸測量法對薄膜的厚度進(jìn)行測量。

2013年，南京航空航天大學(xué)的馬希直等人公開了一種超聲膜厚測量儀及其測量方法(中國專利申請?zhí)枺?01310198294.9)，該方法發(fā)射超聲脈沖入射到油膜的表面發(fā)生諧振，再通過測量反射脈沖的相關(guān)特性對油膜的厚度進(jìn)行測量；但是該方法只適用于液態(tài)模的測量，且對于不同厚度范圍的薄膜需建立不同的模型，解調(diào)難度較大。

光學(xué)測量法具有著高精度的優(yōu)勢，在薄膜厚度測量方面開始逐漸廣泛的應(yīng)用起來。2012年，北京京東方光電科技有限公司的曲連杰等人公開了一種膜厚裝置及方法(中國專利申請?zhí)枺?01210080754.2)，該方法采用空間光路與光纖光路結(jié)合的方式，通過棱鏡對彩色光源進(jìn)行分光處理照射在薄膜的表面，通過測量不同反射光的特性對薄膜的厚度進(jìn)行測量。該方法擴(kuò)大了薄膜厚度測量的裝置取樣點(diǎn)的頻譜范圍，提高了分辨率。