本文關鍵詞：Linnik偏振白光干涉微納測量的關鍵技術研究

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【摘要】：隨著機械、電子、光學、材料和半導體等工業(yè)不斷地微型化、精密化的需求,開發(fā)的微納米結構的三維形貌、表面膜厚、內部結構以及物理性質等特性對微納米結構的研發(fā)和生產質量控制至關重要。因此,針對微納米制造領域的三維非接觸式測量系統(tǒng)及其技術的研究具有重要的學術價值和現(xiàn)實意義。 本文提出并搭建了一種基于Linnik型偏振白光干涉架構的三維非接觸式測量實驗系統(tǒng),并對其關鍵技術進行了研究,主要包括顯微鏡光學自動對焦技術、Linnik型白光干涉條紋自動搜索技術、微觀表面三維形貌重構及系統(tǒng)標定技術、透明膜厚三維重構技術、材料內部應力雙折射分布測量技術和光學三維斷層顯微測量技術。該系統(tǒng)架構在傳統(tǒng)的Linnik干涉架構基礎上進行了改動和擴充,可以針對不同的技術功能,切換到相應的模式中,且不必對該測量架構進行任何的改裝和拆卸,從而使系統(tǒng)具備了很高的靈活性和穩(wěn)定性。 本研究的主要工作內容和創(chuàng)新點如下： 1.在Linnik干涉架構中集成一個基于改進的像散法的光學自動對焦系統(tǒng),以保證顯微鏡對焦過程中正確對焦位置的唯一性,實現(xiàn)了Linnik結構兩個干涉臂的快速自動對焦。自動對焦系統(tǒng)具有190(±95)μm的動態(tài)范圍,線性段的平均靈敏度為70mV/μm,平均標準偏差為41.6nm,理論分辨率4.4nm,實際測量精度55nm,自動對焦時間不大于0.3秒。 2.在兩個干涉臂實現(xiàn)快速自動對焦的前提下,提出一種通過調整干涉臂的光程差來實現(xiàn)干涉條紋自動搜索的策略,實現(xiàn)了對比度最好的干涉條紋的自動搜索,自動搜索速度為2.2min/mm,搜索到的最佳干涉條紋對比度的位置偏離理想位置不超過一個干涉條紋周期。 3.利用頻域分析法實現(xiàn)微納米結構的表面三維形貌重構,并通過系統(tǒng)標定得到了測量標準不確定度±3.6nm、縱向(Z方向)的測量精度誤差3.08%、橫向X方向的測量精度誤差2.69%、橫向Y方向的測量精度誤差2.16%、橫向實際分辨率為1.31μm、縱向理論分辨率為0.59nm。 4.通過對傅立葉相位和振幅這兩種方法進行測量靈敏度分析的結果,提出了傅立葉相位和振幅加權的透明膜厚測量技術,該技術結合了傅立葉相位的高分辨率和傅立葉振幅的高重復性的兩個優(yōu)點。測量結果的縱向分辨率達到納米級,由于采用顯微測量技術,其橫向分辨率就等于顯微物鏡的分辨率。 5.利用Linnik白光干涉架構結合偏振測量原理,通過對Berek補償器的標定,實現(xiàn)了對材料內部應力雙折射的相位延遲分布、主軸方向分布、應力分布和反射率分布的同時測量。測量結果的相位延遲標準偏差不大于4°,主軸方向標準偏差不大于4.5°。 6.提出了用于光學相干斷層顯微測量的具有高計算效率和極小殘余寄生條紋量的五點差分格式移相算法,有效地重構出了樣本的三維斷層顯微圖像。并對包括探測器非線性和PZT移相器對波長依賴性在內的兩個主要系統(tǒng)誤差及其改進方法進行了分析。 7.針對前述的PZT移相器對波長具有依賴性的問題,提出了移相量八倍于半波片旋轉角的消色差幾何移相干涉技術及系統(tǒng),其具備了目前最大的幾何移相放大倍率和最好的消色差性。該部分為本文的擴展研究內容。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP274

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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2 陳朝良;高萬榮;卞海溢;;頻域光學相干層析術系統(tǒng)中高準確度高靈敏度補償色散法[J];光子學報;2014年02期

3 葛錦蔓;蘇俊宏;;干涉圖的預處理技術研究[J];應用光學;2009年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葛錦蔓;蘇俊宏;;干涉圖處理技術在膜厚測量中的應用[A];2009年先進光學技術及其應用研討會論文集（上冊）[C];2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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2 楊亞良;全場光學相干層析成像研究[D];浙江大學;2008年

3 蘇東奇;光學面形絕對檢測技術研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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3 葛錦蔓;干涉法測量膜厚方法及干涉圖處理技術研究[D];西安工業(yè)大學;2010年

4 菅磊;刀具幾何參數(shù)自動測量技術研究[D];大連工業(yè)大學;2010年

5 陶志建;刃口鈍化參數(shù)檢測系統(tǒng)設計中關鍵問題的研究[D];大連工業(yè)大學;2011年

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本文編號：1203181