本文關(guān)鍵詞：Linnik偏振白光干涉微納測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著機(jī)械、電子、光學(xué)、材料和半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的三維形貌、表面膜厚、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及物理性質(zhì)等特性對(duì)微納米結(jié)構(gòu)的研發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量控制至關(guān)重要。因此,針對(duì)微納米制造領(lǐng)域的三維非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其技術(shù)的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 本文提出并搭建了一種基于Linnik型偏振白光干涉架構(gòu)的三維非接觸式測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要包括顯微鏡光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)、Linnik型白光干涉條紋自動(dòng)搜索技術(shù)、微觀表面三維形貌重構(gòu)及系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)、透明膜厚三維重構(gòu)技術(shù)、材料內(nèi)部應(yīng)力雙折射分布測(cè)量技術(shù)和光學(xué)三維斷層顯微測(cè)量技術(shù)。該系統(tǒng)架構(gòu)在傳統(tǒng)的Linnik干涉架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改動(dòng)和擴(kuò)充,可以針對(duì)不同的技術(shù)功能,切換到相應(yīng)的模式中,且不必對(duì)該測(cè)量架構(gòu)進(jìn)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(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.在Linnik干涉架構(gòu)中集成一個(gè)基于改進(jìn)的像散法的光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng),以保證顯微鏡對(duì)焦過程中正確對(duì)焦位置的唯一性,實(shí)現(xiàn)了Linnik結(jié)構(gòu)兩個(gè)干涉臂的快速自動(dòng)對(duì)焦。自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)具有190(±95)μm的動(dòng)態(tài)范圍,線性段的平均靈敏度為70mV/μm,平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為41.6nm,理論分辨率4.4nm,實(shí)際測(cè)量精度55nm,自動(dòng)對(duì)焦時(shí)間不大于0.3秒。 2.在兩個(gè)干涉臂實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)對(duì)焦的前提下,提出一種通過調(diào)整干涉臂的光程差來(lái)實(shí)現(xiàn)干涉條紋自動(dòng)搜索的策略,實(shí)現(xiàn)了對(duì)比度最好的干涉條紋的自動(dòng)搜索,自動(dòng)搜索速度為2.2min/mm,搜索到的最佳干涉條紋對(duì)比度的位置偏離理想位置不超過一個(gè)干涉條紋周期。 3.利用頻域分析法實(shí)現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)的表面三維形貌重構(gòu),并通過系統(tǒng)標(biāo)定得到了測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度±3.6nm、縱向(Z方向)的測(cè)量精度誤差3.08%、橫向X方向的測(cè)量精度誤差2.69%、橫向Y方向的測(cè)量精度誤差2.16%、橫向?qū)嶋H分辨率為1.31μm、縱向理論分辨率為0.59nm。 4.通過對(duì)傅立葉相位和振幅這兩種方法進(jìn)行測(cè)量靈敏度分析的結(jié)果,提出了傅立葉相位和振幅加權(quán)的透明膜厚測(cè)量技術(shù),該技術(shù)結(jié)合了傅立葉相位的高分辨率和傅立葉振幅的高重復(fù)性的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量結(jié)果的縱向分辨率達(dá)到納米級(jí),由于采用顯微測(cè)量技術(shù),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(gòu)結(jié)合偏振測(cè)量原理,通過對(duì)Berek補(bǔ)償器的標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料內(nèi)部應(yīng)力雙折射的相位延遲分布、主軸方向分布、應(yīng)力分布和反射率分布的同時(shí)測(cè)量。測(cè)量結(jié)果的相位延遲標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于4°,主軸方向標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于4.5°。 6.提出了用于光學(xué)相干斷層顯微測(cè)量的具有高計(jì)算效率和極小殘余寄生條紋量的五點(diǎn)差分格式移相算法,有效地重構(gòu)出了樣本的三維斷層顯微圖像。并對(duì)包括探測(cè)器非線性和PZT移相器對(duì)波長(zhǎng)依賴性在內(nèi)的兩個(gè)主要系統(tǒng)誤差及其改進(jìn)方法進(jìn)行了分析。 7.針對(duì)前述的PZT移相器對(duì)波長(zhǎng)具有依賴性的問題,提出了移相量八倍于半波片旋轉(zhuǎn)角的消色差幾何移相干涉技術(shù)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(kuò)展研究?jī)?nèi)容。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP274

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 楊亞良;丁志華;;用于全場(chǎng)光學(xué)相干層析成像的無(wú)色散相移器研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2007年08期

2 陳朝良;高萬(wàn)榮;卞海溢;;頻域光學(xué)相干層析術(shù)系統(tǒng)中高準(zhǔn)確度高靈敏度補(bǔ)償色散法[J];光子學(xué)報(bào);2014年02期

3 葛錦蔓;蘇俊宏;;干涉圖的預(yù)處理技術(shù)研究[J];應(yīng)用光學(xué);2009年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 葛錦蔓;蘇俊宏;;干涉圖處理技術(shù)在膜厚測(cè)量中的應(yīng)用[A];2009年先進(jìn)光學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 孫雪錚;光學(xué)薄膜中超棱鏡效應(yīng)的研究[D];浙江大學(xué);2008年

2 楊亞良;全場(chǎng)光學(xué)相干層析成像研究[D];浙江大學(xué);2008年

3 蘇東奇;光學(xué)面形絕對(duì)檢測(cè)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 萬(wàn)文博;空間載頻干涉法測(cè)量薄膜厚度技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2011年

2 李浩然;條紋法則測(cè)量薄膜厚度技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2012年

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

4 菅磊;刀具幾何參數(shù)自動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究[D];大連工業(yè)大學(xué);2010年

5 陶志建;刃口鈍化參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的研究[D];大連工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：1203181