空间载频干涉法测量薄膜厚度技术研究

摘要

现代干涉测量技术测量薄膜厚度具有高精度、非接触性和大视场等的测量优点。许多精密测试工作，都是依靠光干涉的方法来实现的，对于某些测试任务，干涉甚至是唯一可行的解决方法。
　　 本文探讨了利用快速傅立叶变换法对采用空间载频干涉术得到的单幅干涉图进行相位解包裹的问题。采用泰曼-格林型干涉系统及CCD图像接收设备搭建了数字图像测试系统并获取载有薄膜厚度信息的干涉图片，建立被测薄膜样片与干涉相位分布之间的数学模型，再借助于数字图像处理技术就可得到被测薄膜的厚度参数。设计了一套处理干涉图的算法，包括去除噪声、边缘提取算法、区域延拓算法以及频域变换算法等。通过二维快速傅里叶变换法把经过预处理的干涉图变换到频域，选择合适的滤波器提出干涉图样频谱中的正一级频谱，再进行二维快速傅立叶反变换，通过对频域的二维傅立叶反变换求得的带有薄膜信息的波面包裹相位分布，再对其进行相位解包。其中包括一种新算法，即，菱形种子相位解包算法。用本文的算法不仅对多幅薄膜干涉图进行了实际测量，而且为验证这种测量薄膜厚度算法的正确性还对量块干涉图作了实际检测。本文处理结果与ZYGO干涉仪处理结果对比后表明：所测-SiO2薄膜的厚度是113.8nm的峰谷值为0.4189λ，均方根值为0.091λ，用ZYGO干涉仪测同一薄膜样片进行比对，其厚度为113.0nm，峰谷值为0.430λ，均方根值为0.093λ。由此可见，此处理算法可以利用单幅的干涉条纹图像得到高精度的薄膜波面的相位分布。从而大大减少了测量薄膜厚度的复杂度，实现在实时性场合下对薄膜被测参数的自动化测量。这对于优化薄膜的制备工艺有着重要的实用意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题的研究目的及意义

1.2 本文的主要研究内容

2 空间载频干涉法检测薄膜厚度的原理及过程

2.1 空间载频干涉法测量薄膜厚度的原理

2.2 空间载频干涉法测量薄膜厚度的过程

2.2.1 干涉条纹图像的采集

2.2.2 干涉条纹图像的处理过程

2.2.3 干涉检测系统的简介

2.3 本章小结

3 空间载频干涉法测膜厚的关键技术

3.1 干涉图的预处理

3.1.1 去除噪声

3.1.2 边缘识别与提取

3.1.3 区域延拓

3.2 二维快速傅里叶变换算法

3.2.1 连续函数的傅立叶变换及其反变换

3.2.2 离散傅立叶变换算法

3.2.3 干涉图像分析及其快速傅立叶变换算法

3.2.4 反傅立叶变换和相位提取

3.3 滤波器的选取与设计

3.3.1 通用滤波器的比较

3.3.2 滤波器中心频率和带宽的确定

3.4 相位解包

3.5 干涉测试系统软件设计

3.6 本章小结

4 测试结果与分析

4.1 待测薄膜样片的制备

4.2 干涉图的图像处理结果

4.2.1 本算法对一号薄膜样片的测试处理结果及分析

4.2.2 本算法对二号薄膜样片的测试处理结果及分析

4.2.3 本算法对三号薄膜样片的测试处理结果及分析

4.2.4 本算法对一号量块的测试处理结果及分析

4.2.5 本算法对二号量块的测试处理结果及分析

4.2.6木算法对二号量块的测试处理结果及分析

4.3 本章小结

5 结论

5.1 本文的工作及创新点

5.2 进一步的工作和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢