一种薄膜厚度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种薄膜厚度测量方法及系统，该系统包括：照明光学装置，用于产生一锥状光束投射至样品的薄膜表面上一点；成像光学装置，包括聚焦透镜和图像采集模块；所述聚焦透镜将从样品表面反射的光按照入射角从小到大的顺序投射到所述图像采集模块上，所述图像采集模块探测得到样品表面光束的反射强度信息，并根据反射强度信息建立反射率与入射角度之间的关系曲线；薄膜厚度解析装置，利用反射率与入射角度之间的关系曲线和斯涅耳定律构建反射率与折射角度余弦值的函数，并通过对所述函数进行傅里叶变换解析得到样品的薄膜厚度。本发明专利技术不仅测量精度高，而且光路简单、紧凑稳定，成本低，易于实现在线测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电精密测量领域，具体涉及薄膜厚度测量方法及系统。
技术介绍
在膜厚测量方法中，光学方法是应用最为广泛的方法之一，具有非接触性、高灵敏度性和高精度性等优点，主要包括椭圆偏振法（椭偏法）、光谱法和反射角度分布法。其中，椭偏法具有很高的测试灵敏度和精度，但是很容易受到各种参数影响，系统的各种误差、环境噪声、样品表面粗糙度、待测薄膜与数学色散模型的差异等会导致测量结果的稳定性变差；光谱法以光的干涉理论为基础，通过测量反射率R（或透过率T）随波长变化的曲线，计算薄膜的厚度和光学常数，该方法计算过程简单，测量精度也较高，但却存在以下缺点：（1）放置样品不妥，会改变照明光束的角度分布，导致测量结果不稳定；（2）为了增加测量精度，需要针对不同的基底材料进行参数校正，导致测量过程繁琐，测量时间过长。为了克服以上两种方法存在的缺陷，提出了一种利用单色光干涉效应测量薄膜厚度的方法，该方法利用样品的薄膜表面反射光束的强度和入射角之间的关系曲线（R(θ)函数），通过“条纹计数”获取条纹周期，进而结合相关公式计算获得膜厚参数；然而当薄膜反射率较低、所取得反射率信号的信噪比比较小时，很难通过条纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜厚度测量系统，其特征在于，包括：照明光学装置，用于产生一锥状光束投射至样品的薄膜表面上一点；成像光学装置，包括聚焦透镜和图像采集模块；所述聚焦透镜将从样品表面反射的光按照入射角从小到大的顺序投射到所述图像采集模块上，所述图像采集模块探测得到样品表面光束的反射强度信息，并根据反射强度信息建立反射率与入射角度之间的关系曲线；薄膜厚度解析装置，利用反射率与入射角度之间的关系曲线和斯涅耳定律构建反射率与折射角度余弦值的函数，并通过对所述函数进行傅里叶变换解析得到样品的薄膜厚度。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜厚度测量系统，其特征在于，包括：照明光学装置，用于产生一锥状光束投射至样品的薄膜表面上一点；成像光学装置，包括聚焦透镜和图像采集模块；所述聚焦透镜将从样品表面反射的光按照入射角从小到大的顺序投射到所述图像采集模块上，所述图像采集模块探测得到样品表面光束的反射强度信息，并根据反射强度信息建立反射率与入射角度之间的关系曲线；薄膜厚度解析装置，利用反射率与入射角度之间的关系曲线和斯涅耳定律构建反射率与折射角度余弦值的函数，并通过对所述函数进行傅里叶变换解析得到样品的薄膜厚度。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述照明光学装置包括光源、偏振片、第一显微物镜、针孔、准直透镜和第二显微物镜，其中，所述针孔位于所述准直透镜的焦平面上；所述光源发射的适合波长的光通过所述偏振片得到偏振光，并由所述第一显微物镜进行汇聚经过所述针孔滤除杂散光，再由所述准直透镜进行准直输出平行光束，入射至所述第二显微物镜，将平行光束汇聚为锥状光束，入射至样品的薄膜表面上一点。3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述图像采集模块为线阵相机。4.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述光源为单色光源或是激光光源。5.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述准直透镜和聚焦透镜为平凸透镜。6.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述第二显微物镜的选取准则为：长工作距离、大数值孔径物镜。7.一种薄膜厚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、选取合适波长的偏振光源，进行扩束、准直、聚焦处理得到一锥状光束，并投射到样品的薄膜表面同一位置；步骤S20、将从样品表面反射的光按照入射角从小到大的顺序投射到图像采集模块上，探测得到样品表面光束的反射强度信息，并根据反射强度信...

【专利技术属性】
技术研发人员：程菊，边心田，雷枫，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32