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白光干涉光谱测量方法与系统的研究

章英  
【摘要】:微纳制造技术的发展推动着检测技术向微纳领域进军,微结构和薄膜结构作为微纳器件中的重要组成部分,在半导体、医学、航天航空、现代制造等领域得到了广泛的应用,由于其微小和精细的特征,传统检测方法不能满足要求。白光干涉法具有非接触、无损伤、高精度等特点,被广泛应用在微纳检测领域,另外光谱测量具有高效率、测量速度快的优点。因此,本文提出了白光干涉光谱测量方法并搭建了测量系统。和传统白光扫描干涉方法相比,其特点是具有较强的环境噪声抵御能力,并且测量速度较快。本文开展的主要研究工作如下: 1.系统论述了微结构和薄膜结构几何参数测量方法的研究现状,介绍了白光干涉光谱测量方法,该方法将白光干涉的高精度和光谱测量的高效率相结合。 2.分析了白光干涉光谱法的测量原理。首先阐述了白光干涉信号的特点,重点分析了白光干涉光谱信号;然后介绍几种相位提取算法,重点研究了时间相移算法及其相位展开算法;并分别针对微结构表面和薄膜表面,建立了各自的算法模型。 3.搭建了测量系统,系统主要由显微干涉光学系统、机械支撑和运动机构、测量软件三部分组成。由光源、光学显微镜、显微干涉测头、光纤和光谱仪组成的显微干涉光学系统用于获取干涉信号;机械支撑和运动机构用于实现固定、上下调节以及相移;测量软件由Labview编写的控制采集界面和Matlab编写的数据处理算法两部分组成。 4.对搭建的测量系统进行了系统性能测试实验,确定了系统的测量范围并验证了系统的稳定性。通过对标准台阶结构的测量验证了系统的精度。对于薄膜结构,首先对薄膜的非线性相位影响和薄膜数据处理算法进行了仿真分析,然后利用白光反射光谱法和白光干涉光谱法对几种不同厚度的薄膜进行测量,测量结果和仿真结果一致。


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