基于白光干涉輪廓尺寸與形貌非接觸測(cè)量方法和系統(tǒng).pdf

1、隨著表面測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，表面的三維測(cè)量和評(píng)定已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。接觸式和光學(xué)探針式測(cè)量?jī)x器大多是逐點(diǎn)掃描，在三維表面測(cè)量的應(yīng)用中受到一定限制。垂直掃描白光干涉測(cè)量技術(shù)具有高精度、大量程、無相位模糊等特點(diǎn)，而且為面掃描，測(cè)量效率高，是一種較為理想的超光滑表面的三維形貌測(cè)量方法，已開始在表面微觀形貌測(cè)量中應(yīng)用，特別是有階梯、溝槽等不連續(xù)表面的微電子器件和光學(xué)器件的表面特征測(cè)量。本文根據(jù)垂直掃描白光干涉的特點(diǎn)，提出了一種基于白光零級(jí)干涉條紋跟

2、蹤法測(cè)量三維表面的絕對(duì)坐標(biāo)值的新方法，突破白光干涉顯微物鏡視場(chǎng)的限制，可實(shí)現(xiàn)大量程大范圍的三維表面輪廓測(cè)量。在具有垂直掃描功能的三維測(cè)量工作臺(tái)的基礎(chǔ)上，研制出垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)滿足形貌測(cè)量和輪廓尺寸測(cè)量的要求。
　　 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)提出了一種基于垂直掃描白光零級(jí)干涉條紋跟蹤法測(cè)量三維表面輪廓的絕對(duì)坐標(biāo)值的方法，該方法已被國外專家認(rèn)可。建立了白光干涉顯微技術(shù)的測(cè)量模型，分

3、析了光源帶寬、數(shù)值孔徑、曲面斜率對(duì)白光干涉條紋的光強(qiáng)分布的影響。
　　 (2)研制了一種基于垂直掃描白光干涉測(cè)量表面微觀形貌和垂直掃描白光零級(jí)干涉條紋跟蹤法測(cè)量表面三維輪廓的垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為：垂直測(cè)量范圍：8mm ；垂直掃描分辨率：0.002 μm ；水平測(cè)量范圍：40mmX40mm ；水平位移分辨率：0.2 μm ；顯微物鏡放大倍數(shù)：40X ；顯微物鏡數(shù)值孔徑：0.65 ；橫向分辨

4、率：0.52 μm ；微觀形貌重復(fù)性測(cè)量誤差小于5[％]；輪廓測(cè)量誤差小于2[％]。
　　 (3)研制了適用于垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測(cè)量系統(tǒng)的高精度、大量程三維測(cè)量工作臺(tái)。三維測(cè)量工作臺(tái)的垂直掃描位移機(jī)構(gòu)采用了共衍射光柵計(jì)量系統(tǒng)，伺服電機(jī)和壓電微驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)的粗、精兩級(jí)定位機(jī)構(gòu)，滿足垂直掃描白光干涉跟蹤原理測(cè)量表面輪廓的要求，該垂直掃描位移機(jī)構(gòu)已申請(qǐng)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?00510018618.1)；水平位移機(jī)構(gòu)采用共基面

5、結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，衍射光柵計(jì)量系統(tǒng)控制定位。通過雙頻激光干涉儀對(duì)三維測(cè)量工作臺(tái)的位移性能進(jìn)行定量分析，三維測(cè)量工作臺(tái)垂直方向的掃描范圍為8mm，掃描分辨率0.002 μm ；水平位移范圍為40mm×40mm，位移分辨率0.2 μm ；平面運(yùn)動(dòng)誤差小于0.2 μm。
　　 (4)系統(tǒng)研究了白光干涉算法及其誤差因素，提出線性擬合包絡(luò)線算法。同時(shí)針對(duì)垂直掃描白光干涉法測(cè)量涂有透明介質(zhì)的表面時(shí)出現(xiàn)的雙干涉條紋進(jìn)行了分析，并且根據(jù)雙干涉