一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置。本实用新型专利技术要克服现有技术中不能反映整个膜层的厚度分布情况和使用要求高的问题。提供一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置，包括光源系统，干涉系统、ＣＣＤ图像捕获系统和样品移动控制系统，干涉系统包括消模器、扩束器、准直镜、成像物镜、分光镜、补偿镜、参考反射镜、ＰＺＴ调节器、ＰＺＴ驱动和可控样品台，ＣＣＤ图像捕获系统包括ＣＣＤ摄像机、图像捕获器和计算机；光源系统、消模器和扩束器依次设置在第一光轴上，ＣＣＤ摄像机、成像物镜、第二分光镜、补偿镜、参考反射镜和ＰＺＴ调节器依次设置在与第一光轴平行的第二光轴上，反射镜、第二分光镜和样品台还依次位于垂直于第一光轴的第三光轴上。其测试灵敏度高，精度高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及薄膜测量
，具体涉及一种大口径单层薄膜厚度全场检测直O技术背景随着科学技术的发展，光学薄膜已广泛应用于军事武器装备和国防基础建设。光 学薄膜的主要光学参数包括折射率、膜层厚度、反射比、透射比、散射比和吸收比等。在以 上参数中，针对薄膜的反射比、透射比等技术的研究目前已经比较完善。而对于大口径全场 薄膜厚度的高精度检测目前还没有一套比较完善的检测系统，而薄膜厚度参数对薄膜的设 计和工艺制造都是不可缺少的。当前常用薄膜厚度的光学测试方法很多，特点各不相同，按照其自身的特点可分 为几类。综观当前众多流行的分类方式，有两种最具代表性，第一种是机械接触式，第二种 是光学非接触式。机械接触式一般都采用机械探针接触薄膜并且在薄膜样品上扫描获取膜 厚信息，这种方法可实现大口径薄膜厚度测试，但测试中会损伤所测样品，并且探针接触测 试属于单点检测，全场测试需要探针在整个口径范围扫描，测试效率非常低。光学非接触式 膜厚测试依据其光学原理可分为干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法。也可根据光源分为激 光测量和白光测量。还有的根据承载薄膜的基体情况分为透明基体测量和不透明基体测量 等等。由于薄膜和基底材料的性质和形态不同，如何选择符合测量要求的测量方法和仪器 是一个值得深入研究的问题。每一种测量方法和仪器都有各自的使用要求、测量范围、精确 度、特点及局限性。传统的干涉方法测试膜层厚度的方法中(1)使用迈克尔逊干涉仪测试膜厚，无 法直接测出干涉条纹移动的整数个数，从而无法测出膜层的绝对厚度，并且当薄膜的反射 率较小时，会使干涉条纹的幅度很小，计算值的误差较大，从而使得测量精度具有一定的局 限性。(2)因精确度高，因此椭圆偏振法是目前测量膜厚的最常用方法。但它也存在着不足 之处，其测试属于单点测试，一般均采用以单点膜厚值来代替整个膜层厚度，因此不能反映 整个膜层的厚度分布情况；同时需要事先知道膜层的结构模型，因此测试人员对测试样品 必须了解才能进行，对操作人员的要求高，这样该方法的使用要求就较高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种全场薄膜厚度全场检测装置，以克服现有技术存 在的不能反映整个膜层的厚度分布情况和使用要求高的问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为一种大口径单层薄膜厚度全场 检测装置，其特征在于包括光源系统、干涉系统、CCD图像捕获系统和样品移动控制系统， 所述的干涉系统包括消模器、扩束器、准直镜、成像物镜、分光镜、补偿镜、参考反射镜、PZT 调节器、PZT驱动和可控样品台，所述CCD图像捕获系统包括CCD摄像机、图像捕获器和计 算机；所述的光源系统、消模器和扩束器依次设置在第一光轴上，所述CCD摄像机、成像物3镜、第二分光镜、补偿镜、参考反射镜和PZT调节器依次设置在与第一光轴平行的第二光轴 上，同时反射镜、第二分光镜和样品台还依次位于垂直于第一光轴的第三光轴上；所述CCD 摄像机还依次与图像捕获器、计算机、可控样品台、PZT驱动和PZT调节器相连接。在上述扩束器和第一准直镜之间可设置反射镜。以缩短装置尺寸。上述光源系统中的激光光源是He-Ne激光器或YAG倍频激光器。本技术所提供的薄膜厚度检测装置可以针对高反射、减反射表面、薄膜、厚膜 直观看到膜厚的干涉图样，可以实时恢复薄膜位相，适用于各类光学元件及薄膜表面，且具 有快速、准确、全方位监测的特点，而且为整个干涉视场内膜厚全自动化测试技术奠定了基 石出。与现有技术相比，本技术的优点是1、能反映整个膜层的厚度分布情况因为测试时干涉系统对样片全视场信息进行 采样；对于超大口径样品测试(超过干涉视场范围)，若一次无法采集样片全场区域的情 况，我们对样品平台进行改造，控制样品移动，对样品不同区域进行采样，再通过拼接技术 实现全口径样品信息测试，即无论大小口径样品均可实现全口径范围内膜层厚度的检测；2、使用要求降低不需要对测试对象进行了解，即可直接测量；3、测试效率高干涉系统一次采集膜层表面区域与干涉系统发生干涉口径一样 大，属于一次即可获得与干涉口径一样大的膜层信息，即一次干涉可测多点；若测试超大口 径样品，我们对样品平台进行改造，控制样品移动，对样品不同区域进行采样，再通过拼接 技术实现全口径样品信息测试。4、灵敏度高，测试精度高本技术中涉及到了条纹、FFT、移相干涉技术及图像 拼接等多种技术，可实现膜厚的高精度测试；5、适用范围广适用于各类光学元件及薄膜表面，既可测试小口径膜层元件也可 测试大口径元件，可实时获取样品表面膜层结构的三维分布，薄膜可适用于反射膜、增透 膜、薄膜和厚膜等、高反射、减反射表面6、为整个干涉视场内膜厚全自动化测试技术奠定了基础本技术中系统的 可集成化高，具有拓展的可能，测试系统通过优化算法有机的集成一起，可实现在线快速检 测，也可实现自动测试。附图说明图1是本技术的结构示意图。附图标记说明如下1-激光光源、2-消模器、3-扩束器、4-反射镜、5-准直镜、6_分光镜、7_补偿镜、 8_参考反射镜、9-PZT调节器、10-PZT驱动11-可控样品台、12-CCD摄像机、13-图像捕获 器、14-计算机、15-成像物镜。具体实施方式下面将结合附图对本技术做进一步说明。参见图1，一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置，包括光源系统1、干涉系统、 CCD图像捕获系统和样品移动控制系统。所说的光源系统中的激光光源是He-Ne激光器或YAG倍频激光器。所说的干涉系统包括消模器2、扩束器3、反射镜4、准直镜5、成像物镜15、 分光镜6、补偿镜7、参考反射镜8、PZT调节器9、ΡΖΤ驱动10和可控样品台11，所述CXD图 像捕获系统包括CXD摄像机12、图像捕获器13和计算机14 ；所述的光源系统1、消模器2、 扩束器3和反射镜4依次设置在第一光轴上，所述CCD摄像机12、成像物镜15、第二分光镜 6、补偿镜7、参考反射镜8和PZT调节器9依次设置在与第一光轴平行的第二光轴上，同时 反射镜4、第二分光镜6和样品台11还依次位于垂直于第一光轴的第三光轴上；所述C⑶摄 像机12还依次与图像捕获器13、计算机14、可控样品台11、PZT驱动10和PZT调节器9相 连接。本技术使用时，全场准确快速是得到正确结果的关键。测试样片时，样片置于 可控样品台上。激光光源1经消模器2、扩束器3消模扩束后，由反射镜4转折光路方向， 再经准直镜5准直后进入到干涉系统中，干涉系统中激光束由分光镜6分束，一束作为参考 光，一束作为测试光，参考光束射入补偿镜7、到达参考反射镜8，参考反射镜8由PZT调节 器9控制位相移动，PZT调节器9由PZT驱动10驱动，参考光束经由参考反射镜8返回；测 试光束到达样品，样品由可控样品台11控制移动，测试光束照射样品表面，再返回。返回的 参考光和测试光在分光镜6的上表面相遇、发生干涉，带有薄膜膜层厚度信息的干涉条纹 图像由成像物镜15成像到CCD摄像机12上，由图像捕获器13送到计算机14进行数字图 像处理，可获得薄膜样片全场表面的空间厚度分布。本技术的测试过程中所涉及到的原理如下条纹法是薄膜样片与参考镜之间 返回的光波发生干涉，产生干涉条纹，干涉条纹具有薄膜样片的相位分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置，其特征在于：包括光源系统（１）、干涉系统、ＣＣＤ图像捕获系统和样品移动控制系统，所述的干涉系统包括消模器（２）、扩束器（３）、准直镜（５）、成像物镜（１５）、分光镜（６）、补偿镜（７）、参考反射镜（８）、ＰＺＴ调节器（９）、ＰＺＴ驱动（１０）和可控样品台（１１），所述ＣＣＤ图像捕获系统包括ＣＣＤ摄像机（１２）、图像捕获器（１３）和计算机（１４）；所述的光源系统（１）、消模器（２）和扩束器（３）依次设置在第一光轴上，所述ＣＣＤ摄像机（１２）、成像物镜（１５）、第二分光镜（６）、补偿镜（７）、参考反射镜（８）和ＰＺＴ调节器（９）依次设置在与第一光轴平行的第二光轴上，同时反射镜（４）、第二分光镜（６）和样品台（１１）还依次位于垂直于第一光轴的第三光轴上；所述ＣＣＤ摄像机（１２）还依次与图像捕获器（１３）、计算机（１４）、可控样品台（１１）、ＰＺＴ驱动（１０）和ＰＺＴ调节器（９）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊宏，杨利红，徐均琪，梁海锋，惠迎雪，朱昌，田爱玲，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：实用新型
国别省市：87[]