本发明专利技术属于精密仪器相关技术领域，其公开了一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法及装置，测量装置包括分光模块、二向色镜、参考镜、成像透镜及光谱仪，分光模块用于将接收到的光线分为第一光束及第二光束，第一光束被待测的薄膜全波段反射；第二光束中部分波段的光被参考镜反射回来与薄膜反射回来的对应波段的光发生干涉，干涉光与薄膜反射回来的其余光进入光谱仪。本发明专利技术通过对光谱图像进行处理，即可同时得到薄膜样品的表界面轮廓，二向色镜的滤光功能使得同时得到干涉光谱和反射光谱，实现了单次曝光下对薄膜样品表界面轮廓的测量，不需要多次曝光或者对直接获得的光强再处理就可以直接得到测量样品干涉光谱和反射光谱。谱和反射光谱。谱和反射光谱。
【技术实现步骤摘要】
基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法及装置
[0001]本专利技术属于精密仪器相关
，更具体地，涉及一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法及装置。
技术介绍
[0002]由薄膜组成微观结构的核心元件广泛应用于现代工业，包括集成电路、传感器和LED行业。其中薄膜表界面轮廓尺寸也就是薄膜的厚度以及界面轮廓的尺寸会直接影响器件的性能。为了提高智能制造技术水平，不仅应优化工艺条件，还应优化用于测量和检查薄膜的计量。
[0003]白光反射光谱技术以白光作为光源，通过薄膜干涉的原理和光谱分光原理得到不同波长光的薄膜干涉光强进行求解测量薄膜厚度。白光反射光谱仪作为白光反射光谱技术的一类经典的测量仪器，其中的具体过程则是让薄膜样品的反射光入射到光谱仪，光谱仪将薄膜干涉光进行分光分别得到分成不同波长的光的光强，即是薄膜干涉光的光谱信号，通过对光谱信号进行数据处理如拟合反射率，极值点法等求解薄膜厚度。所以，白光反射光谱仪能测量薄膜厚度但不能测量高度信息，因此不能测量薄膜的界面轮廓。
[0004]白光光谱干涉技术也以白光作为光源，通过光的干涉和光谱分光原理得到不同波长光的干涉光强进行求解测量样品特性。光谱型白光干涉仪作为白光光谱干涉技术的一类经典的测量仪器可以测量薄膜样品的表界面轮廓，其中具体的过程是参考镜和测量样品的反射光发生干涉，干涉光再入射到光谱仪，采集到参考镜和测量样品的干涉光的光谱信号，通过对干涉光信号进行数据处理求解薄膜样品中的薄膜厚度和界面轮廓从而完成测量表界面轮廓的过程。
[0005]信号求解的具体过程则是通过对干涉光的光谱信号使用数字信号相关的算法可以解调出干涉光光谱信号中干涉项的相位信息，从而测量透明薄膜的厚度以及界面轮廓。但是当薄膜厚度降低到某个阈值限制以下时，不同厚度的薄膜相位谱信息差异很小，在解调过程中难以获得准确的相位，难以保证测量的可靠性。为实现界面轮廓变化的基底上的更薄的膜层厚度测量，有研究者在白光光谱干涉技术的基础上又引入了反射谱技术，因为更薄的不同厚度的薄膜反射谱的差异相对较大，通过拟合反射谱测量薄膜厚度的可靠性更高。出现了在光谱型白光干涉仪中加入光闸进而获得反射谱拟合反射率测量膜厚的方法和通过在光谱型白光干涉仪中加入偏振元件以及偏振相机。在分光白光干涉仪中加入光闸的测量方法中，对同一个测量位置需要两个步骤，即分别在打开和关闭光闸的状态下进行一次曝光从而分别直接获得干涉光谱和反射光谱，不适用于在线测量；光谱型白光干涉仪中加入偏振元件以及偏振相机的方法中，偏振相机直接探测到不同区域对应不同相位的干涉光谱信号，通过对不同相位的干涉光谱信号进行计算从而间接获得反射光谱，偏振元件硬件成本高，且可用光谱范围以及测量尺寸受偏振元件波长适用范围和尺寸的限制。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法及装置，通过对光谱图像进行处理，即可同时得到薄膜样品的厚度和界面轮廓从而获得表界面轮廓，二向色镜的滤光功能使得同时得到干涉光谱和反射光谱，实现了单次曝光下对薄膜样品表界面轮廓的测量。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置，所述测量装置包括分光模块、二向色镜、参考镜、成像透镜及光谱仪；
[0008]工作时，所述分光模块用于将接收到的光线分为第一光束及第二光束，所述第一光束被待测的薄膜全波段反射；
[0009]所述第二光束中波长为所述二向色镜透射波段的光被所述参考镜反射，其余光离开所述测量装置；所述参考镜反射回来的光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜透射波段的光在所述分光模块产生干涉而形成干涉光；所述干涉光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜反射波段的光经过所述成像透镜后到达所述光谱仪；或者，所述第二光束中波长为所述二向色镜反射波段的光被所述参考镜反射，其余光离开所述测量装置；所述参考镜反射回来的光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜反射波段的光在所述分光模块产生干涉而形成干涉光；所述干涉光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜透射波段的光经过所述成像透镜后到达所述光谱仪；
[0010]所述光谱仪同时采集到干涉光的光谱图像及反射光的光谱图像，进而实现同时测量薄膜的表界面轮廓。
[0011]进一步地，所述测量装置还包括可变光阑，所述分光模块设置在所述可变光阑的出光方向上。
[0012]进一步地，所述可变光阑为孔径可调光阑，其用于调整进入所述分光模块的光束的直径。
[0013]进一步地，所述分光模块、所述二向色镜及所述参考镜沿第一方向间隔设置，所述光谱仪、所述成像透镜沿第二方向间隔设置，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述分光模块包括间隔设置的消色差柱面镜、矩形光阑、第一消色差透镜、分光棱镜、第二消色差透镜、第三消色差透镜及补偿片，所述消色差柱面镜、所述矩形光阑、所述第一消色差透镜、所述分光棱镜、所述第三消色差透镜沿第一方向设置，所述补偿片、所述第二消色差透镜及所述分光棱镜沿第二方向设置；光线经所述消色差柱面镜聚焦后呈线状光斑，线状光斑经所述矩形光阑后到达所述第一消色差透镜。
[0014]进一步地，所述矩形光阑的大小变化方向与所述线状光斑平行，通过调整所述矩形光阑的大小来调整所述线状光斑的长度，进而使得薄膜被照明的位置对应到光谱仪的面阵相机的空间维度的像素坐标。
[0015]进一步地，所述分光棱镜有50:50的分光比，且对波长不敏感；所述光谱仪的狭缝位于所述成像透镜的后焦面上。
[0016]进一步地，所述光谱仪包括第四消色差透镜、衍射光栅、第五消色差透镜及面阵相机，来自所述成像透镜的线状光斑经过所述狭缝、所述第四消色差透镜、所述衍射光栅后发生色散而形成色散光束，该色散光束经过所述第五消色差透镜汇聚而生成具有空间维度和
光谱维度的二维图像于所述面阵相机的探测面。
[0017]进一步地，所述狭缝、所述成像透镜的后焦面与所述第四消色差透镜的前焦面重合，所述面阵相机的探测面与所述第五消色差透镜的后焦面重合。
[0018]进一步地，所述分光模块及所述二向色镜沿第一方向间隔设置，所述光谱仪、所述成像透镜沿第二方向间隔设置，所述参考镜与所述二向色镜沿第二方向间隔设置，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述分光模块包括间隔设置的消色差柱面镜、矩形光阑、第一消色差透镜、分光棱镜、第二消色差透镜及第三消色差透镜，所述消色差柱面镜、所述矩形光阑、所述第一消色差透镜、所述分光棱镜、所述第三消色差透镜沿第一方向设置，所述第二消色差透镜及所述分光棱镜沿第二方向设置；光线经所述消色差柱面镜聚焦后呈线状光斑，线状光斑经所述矩形光阑后到达所述第一消色差透镜。
[0019]本专利技术还提供了一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法，所述测量方法采用如上所述的基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置对薄膜的表界面轮廓进行同时测量。
[0020]总体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置，其特征在于：所述测量装置包括分光模块、二向色镜、参考镜、成像透镜及光谱仪；工作时，所述分光模块用于将接收到的光线分为第一光束及第二光束，所述第一光束被待测的薄膜全波段反射；所述第二光束中波长为所述二向色镜透射波段的光被所述参考镜反射，其余光离开所述测量装置；所述参考镜反射回来的光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜透射波段的光在所述分光模块产生干涉而形成干涉光；所述干涉光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜反射波段的光经过所述成像透镜后到达所述光谱仪；或者，所述第二光束中波长为所述二向色镜反射波段的光被所述参考镜反射，其余光离开所述测量装置；所述参考镜反射回来的光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜反射波段的光在所述分光模块产生干涉而形成干涉光；所述干涉光与所述薄膜反射回来的、且波长为所述二向色镜透射波段的光经过所述成像透镜后到达所述光谱仪；所述光谱仪同时采集到干涉光的光谱图像及反射光的光谱图像，进而实现同时测量薄膜的表界面轮廓。2.如权利要求1所述的基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括可变光阑，所述分光模块设置在所述可变光阑的出光方向上。3.如权利要求2所述的基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置，其特征在于：所述可变光阑为孔径可调光阑，其用于调整进入所述分光模块的光束的直径。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量装置，其特征在于：所述分光模块、所述二向色镜及所述参考镜沿第一方向间隔设置，所述光谱仪、所述成像透镜沿第二方向间隔设置，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述分光模块包括间隔设置的消色差柱面镜、矩形光阑、第一消色差透镜、分光棱镜、第二消色差透镜、第三消色差透镜及补偿片，所述消色差柱面镜、所述矩形光阑、所述第一消色差透镜、所述分光棱镜、所述第三消色差透镜沿第一方向设置，所述补偿片、所述第二消色差透镜及所述分光棱镜沿第二方向设置；光线经所述消色差柱面镜聚焦后呈线状光斑，线状光斑经所述矩形光阑后到达所述第一消色差透镜。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王健，陈佳浩，彭立华，徐龙，周莉萍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。