干涉法測(cè)量膜厚方法及干涉圖處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著光電技術(shù)、微電子器件等技術(shù)的迅速發(fā)展，薄膜技術(shù)的應(yīng)用變得更為廣泛，不僅用于光學(xué)工程領(lǐng)域，也被廣泛地應(yīng)用于微電子技術(shù)、通訊、宇航工程等各種不同的領(lǐng)域。薄膜的厚度直接影響到薄膜的電學(xué)特性、光學(xué)特性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，因此，薄膜厚度的精確檢測(cè)成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在目前諸多的薄膜厚度測(cè)量方法中，以通過(guò)合理的算法處理干涉圖而獲得所需的被測(cè)件面型及參數(shù)信息為核心的現(xiàn)代干涉測(cè)量技術(shù)，具有高精度、高分辨率、高靈敏度、非接觸性、全場(chǎng)測(cè)試以

2、及操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量、電子機(jī)械設(shè)備的精確定位以及高精密的機(jī)械加工控制等。同時(shí)，此種方法對(duì)進(jìn)一步研究和優(yōu)化薄膜的制備工藝提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持和工藝保障。
　　 本文對(duì)目前常用的薄膜厚度測(cè)量方法進(jìn)行了深入的研究和討論，總結(jié)并歸納了每一種測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)、測(cè)量精度、適用的測(cè)量范圍以及使用條件。本文用兩種不同的干涉儀（泰曼格林干涉儀和邁克爾遜干涉儀）以及CCD圖像接收設(shè)備搭建了兩個(gè)高精度數(shù)字圖像測(cè)試系統(tǒng)，采集薄膜厚度的

3、干涉圖樣，并主要研究薄膜厚度測(cè)試中對(duì)干涉圖樣的處理算法。設(shè)計(jì)了一套的干涉圖預(yù)處理算法，包括基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理的消除噪聲和邊緣提取算法以及基于二維快速傅里葉變換迭代法的區(qū)域延拓算法。用二維快速傅里葉變換法將預(yù)處理后的干涉圖樣變換至頻域，設(shè)計(jì)合理的濾波器濾出干涉圖樣頻譜中的正負(fù)一級(jí)頻譜，再將進(jìn)行二維快速傅里葉逆變換，以此消除被測(cè)薄膜厚度干涉圖中的背景條紋對(duì)薄膜厚度測(cè)量的影響。本文通過(guò)對(duì)幾種相位解包算法的分析，提出了一種基于離散余弦變換（DC

4、T）的最小二乘算法，對(duì)由反正切函數(shù)計(jì)算得到被測(cè)薄膜厚度樣片的包裹相位進(jìn)行相位解包?；谏鲜龆鄠€(gè)算法，本文利用MATLAB軟件編寫(xiě)了一整套程序，計(jì)算得到了被測(cè)薄膜厚度樣片的三維表面形貌圖，并通過(guò)對(duì)三維表面形貌圖上對(duì)包含薄膜厚度信息的截面進(jìn)行抽樣分析，最終得到被測(cè)薄膜的厚度。
　　 為了驗(yàn)證本文所用方法的可行性和準(zhǔn)確性，本文用真空鍍膜的方法制備了多個(gè)不同形狀的薄膜樣片，并且通過(guò)搭建的測(cè)試系統(tǒng)采集所制備的薄膜樣片的薄膜厚度干涉圖，運(yùn)用