[發明專利]一種薄膜厚度微區成像的檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202011247397.6
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112556584A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李海波;李贛;唐濤;谷玥嬌;胡殷;李常茂;王茂成;呂俊波;鄭少濤
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 李想

本發明公開了一種薄膜厚度微區成像的檢測裝置及方法，屬于薄膜厚度無損檢測的技術領域，所述檢測裝置包括：計算機，分別與計算機通信連接的光源發生器和面陣檢測器；所述光源發生器用于產生波長可調的單色光；照明及成像光路，所述照明及成像光路用于將單色光垂直或接近垂直方向入射到樣品表面的待測區域，并將反射光收集并成像到面陣檢測器上；檢測過程包括：檢測過程包括：通過計算機控制光源發生器進行波長掃描和面陣檢測器進行逐個波長反射圖像的采集，并獲得不同波長的反射光圖像，通過數據處理方法將反射光圖像轉變為薄膜厚度分布圖像，以達到通過獲得成像范圍內大量點的薄膜厚度，能應用于分析厚度不均勻薄膜，預期在材料腐蝕、光學鍍膜、半導體工業等領域具有良好應用前景的目的。

技術領域

本發明屬于薄膜厚度無損檢測的技術領域，具體而言，涉及一種薄膜厚度微區成像的檢測裝置及方法。

背景技術

薄膜厚度是工業制備薄膜(如氣相沉積薄膜、光學鍍膜、金屬表面防腐蝕鍍層)和金屬表面自然生成氧化膜的重要參數，制備及自然生長過程導致的薄膜厚度不均勻性是一個常見問題。

常規的薄膜厚度無損檢測方法主要有反射光譜法、電磁渦流檢測法、橢偏法、光學相干層析成像法等，其中，反射光譜法適用于透明薄膜材料具有檢測厚度范圍廣、分辨率高、易于檢測等優點，具有廣泛的應用，其原理是通過測量薄膜上下表面產生的反射光譜，利用薄膜干涉原理計算薄膜厚度，主要由寬帶白光光源、照明和收集光路、光譜儀組成。目前的反射光譜法每次可獲得單個點(結合顯微鏡)或整個區域(光斑照射范圍)反射光譜的平均值，即單個點的薄膜厚度或整個區域薄膜厚度的平均值，難以獲得薄膜厚度微區分布情況。對于厚度不均勻的薄膜，如局部剝落的金屬表面氧化膜、某些合金材料表面氧化膜，不僅需要獲得氧化膜平均厚度，還需獲得厚度分布情況。

目前常規的薄膜厚度無損檢測方法，對于分析厚度不均勻薄膜具有明顯不足，在材料腐蝕、光學鍍膜、半導體工業不能良好應用。

發明內容

鑒于此，為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種薄膜厚度微區成像的檢測裝置及方法以達到通過獲得成像范圍內大量點(幾十至幾百萬)的薄膜厚度，能應用于分析厚度不均勻薄膜，預期在材料腐蝕、光學鍍膜、半導體工業等領域具有良好應用前景的目的。

本發明所采用的技術方案為：一種薄膜厚度微區成像的檢測裝置，所述檢測裝置包括：

計算機，分別與計算機通信連接的光源發生器和面陣檢測器；所述光源發生器用于產生波長可調的單色光；

照明及成像光路，所述照明及成像光路用于將單色光垂直或接近垂直方向入射到樣品表面的待測區域，并將反射光收集并成像到面陣檢測器上；

通過計算機控制光源發生器的波長掃描和面陣檢測器的圖像采集，并獲得不同波長的反射光圖像。

進一步地，所述光源發生器包括寬帶光源和單色儀，所述寬帶光源通過單色儀產生波長可調的單色光，光譜測量范圍可覆蓋紫外-可見光-近紅外波段(200-2000nm)。

進一步地，所述光源發生器設為可調諧激光器或LED光源，通過可調諧激光器或LED光源產生波長可調的單色光，單色光的波長可通過計算機控制進行波長掃描。

進一步地，所述照明及成像光路設為顯微鏡系統或光纖內窺鏡，照明及成像光路光學元件應選擇石英等材料。

進一步地，所述面陣檢測器包括感光像素面陣，所述感光像素面陣用于將光信號轉換為電信號，并采集樣品在不同波長的反射光圖像。

在本發明中還提供了一種薄膜厚度微區成像的方法，該方法包括：

S1：產生波長可調的單色光；

S2：將單色光垂直或接近垂直方向入射到樣品表面的待測區域，并將反射光收集并成像；