[实用新型]一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜测量技术领域，具体涉及一种大口径单层薄膜厚度全场检测装置。

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型采用的技术方案为：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。

本实用新型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础。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

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：本实用新型中涉及到了条纹、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；