本发明专利技术公开了一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法，该装置包括激光器、光纤分束器、光环形器组、光纤、光纤端面阵列、待测反射面及光电探测器，激光器发出的激光经过光纤分束器分成多束光，光束通过光环形器传输到光纤阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上并反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，干涉光传输到光电探测器上并转化为电信号，对比各干涉光的相位差，通过相位差计算出各FP干涉腔的腔长差，根据已知光纤阵列内光纤端面间的轴向错位关系，计算出待测反射面上各照射面的高低位置。本发明专利技术可同时测试待测面的形貌，无需扫描过程避免了扫描所需时间及扫描带来的机械振动干扰。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法
本专利技术涉及一种光传感信息测量的装置及方法，尤其涉及的是一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法。
技术介绍
社会的发展需要对外界信息多层面、高深度的获取，各种传感器是我们获取外界信息的主要方式。光传感，特别是干涉型光传感以其高灵敏、抗电磁干扰及广泛的适用性而备受关注。同时，人们对于电子产品及高精度光学镜面的性能需求也越来越高，这对半导体集成电路的原材料——晶圆的质量提出了更高的要求。晶圆的翘曲度大小将直接影响后续生产中的光刻、晶圆键合等工艺的良品率。目前，针对晶圆翘曲度的测量方法通常分为电镜法、光学干涉法和机械探针法。电镜法以扫描电镜为手段，探测表面形貌状态。该方法测量精度极高，但装置价格高昂，对于测量环境有很高的要求。光学干涉法综合了光学和电子学，存在测量动态范围小、通用性较差，同时装置的造价昂贵等缺陷。机械探针法以原子力显微镜为代表，其原理是利用原子之间的范德华力作用来呈现被测样品的表面特征，通过逐点测量、数据拟合的方式，测量效率低，并且可能划伤被测晶圆表面。因此，如何弥补上述方法的缺陷，同时满足高精度、低成本的要求，提高测量效率，扩大测量动态范围，降低测量对环境的要求是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法，以期可以降低传感装置实现的成本，提高传感系统的灵敏度及稳定性。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，包括激光器、光纤分束器、光环形器组、光纤、光纤端面阵列、待测反射面及光电探测器组；该形貌测试装置的工作方法为：激光器发出的激光经过光纤分束器分成若干个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号。作为本专利技术的进一步方案，所述激光器为单波长的窄线宽激光器。作为本专利技术的进一步方案，所述光纤端面阵列为多根光纤间平行，光纤端面间呈阵列分布且额定长度的沿光纤轴向形成错位。作为本专利技术的进一步方案，额定长度是指每个端面间的错位长度为已知量。作为本专利技术的进一步方案，所述光纤端面与FP干涉腔的腔内介质形成折射率差实现光束的反射，光纤端面为直接切出的垂直于光纤轴向的平面或在光纤端面镀制膜层。作为本专利技术的进一步方案，光纤端面阵列有k个光纤端面，并在待测反射面上形成k个照射区域面，形成k个FP干涉腔，其中k＝2,3.......。作为本专利技术的进一步方案，一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置的表面形貌测试方法，包括如下步骤：激光器发出的激光经过光纤分束器分成若干个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号；计算各干涉光的相位差，通过相位差计算出各FP干涉腔的腔长差，根据已知光纤阵列内光纤端面间的轴向错位关系，计算出待测反射面上各照射区域面的高低位置。作为本专利技术的进一步方案，计算各干涉光的相位差，通过相位差计算出各FP干涉腔的腔长差，根据已知光纤阵列内光纤端面间的轴向错位关系，计算出待测反射面上各照射区域面的高低位置的具体方法，包括如下步骤：各干涉仪输出信号为：其中，j＝1,2,3.......，Aj为干涉信号的直流分量，Bj为干涉信号的交流分量，为干涉腔内两光束的相位差，λ为激光器的输出光波长，n为腔内介质的折射率，为两个干涉腔间的相位差，L0为任意两个FP腔轴腔长差，由于光纤端面沿光纤轴向错位量额定，将其设为0，即腔长差为待测反射面上各照射区域面的高低位置差；通过相位解调技术或白光干涉技术，得出两干涉腔间的相位差由上一公式可得出以下公式：可以得出两个干涉腔的腔长差，即两个照射区域面的高低差；设定某一干涉腔的照射区域面为基准面，分别求出其与其他照射区域面的高低差，即得出待测反射面的形貌状态。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法，形貌参数同时一次测量，避免了扫描式探测装置所需的扫描时间及探测点因扫描时间间隔而引起的变化。2、本专利技术提供的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及方法，形貌参数同时一次测量，避免了扫描式探测装置因扫描装置的机械位移而引起的干扰。3、本专利技术采用非接触式测量，保证了待测面表面不受损伤。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。图1是本专利技术的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置的结构示意图。图2是本专利技术的光纤端面阵列结构图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1参见图1至图2，本实施例公开了一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置及测试方法，该装置包括激光器、光纤分束器、光环形器组、光纤、光纤端面阵列、待测反射面及光电探测器组；该基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置的工作方法为：激光器发出的激光经过光纤分束器分成多个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号；实施例2本实施例公开了上述基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置的一种制备方案，制备方案如下：设定光纤端面轴向错位的长度为0；将多根光纤平行固定在平面基板上，通过端面研磨，使各光纤端面及平面基板呈同一水平面上。将制作成功的光纤端面阵列沿光束方向垂直对准待测反射面的待测区域，构成多个FP腔。实施例3一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置的表面形貌测试方法，包括如下步骤：激光器发出的激光经过光纤分束器分成多个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，包括激光器、光纤分束器、光环形器组、光纤、光纤端面阵列、待测反射面及光电探测器组；/n该形貌测试装置的工作方法为：/n激光器发出的激光经过光纤分束器分成若干个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，包括激光器、光纤分束器、光环形器组、光纤、光纤端面阵列、待测反射面及光电探测器组；
该形貌测试装置的工作方法为：
激光器发出的激光经过光纤分束器分成若干个光束，光束通过光环形器组传输到光纤端面阵列，光束从光纤端面阵列内光纤端面发射并垂直照射在待测反射面上后反射回光纤，该反射光与光纤端面的反射光发生干涉，光纤端面与其对应的待测反射面上的照射区域面形成一个FP干涉腔，干涉光通过光环形器组传输到光电探测器上并转化为电信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，所述激光器为单波长的窄线宽激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，所述光纤端面阵列为多根光纤间平行，光纤端面间呈阵列分布且额定长度的沿光纤轴向形成错位。
4.根据权利要求3所述的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，额定长度是指每个端面间的错位长度为已知量。
5.根据权利要求1所述的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，所述光纤端面与FP干涉腔的腔内介质形成折射率差实现光束的反射，光纤端面为直接切出的垂直于光纤轴向的平面或在光纤端面镀制膜层。
6.根据权利要求1所述的一种基于多腔FP干涉仪的表面形貌测试装置，其特征在于，光纤端面阵列有k个光纤端面，并在待测反射面上形成k个照射区域面，形成k个FP干涉腔，其中k＝2,3.......。
7.根据权利要求1所述的一种基于多腔FP干涉仪...
【专利技术属性】
技术研发人员：时金辉，俞立本，光东，吴许强，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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