Linnik型显微白光光谱干涉测量方法研究

摘要

随着微纳制造技术的发展，微结构测试尤其是表面形貌测试、薄膜厚度测试已成为当前微纳米测量技术的重要方向之一。表面形貌是否符合预定标准在一定程度上会影响整个微纳器件的质量和成品率，而薄膜厚度也会决定性地影响到薄膜的电磁、光学、力学等方面的性能。因此准确地检测微结构表面形貌和薄膜厚度极其重要。
　　作为一种光学测试方法，白光光谱干涉技术结合了白光干涉的精度和光谱分析的速度，不仅具有非接触、高精度等优点，还能实现快速测量。而不同于Michelson型和Mirau型显微干涉结构，Linnik型显微干涉结构因其长工作距离特点能够针对特殊工作环境下的样品进行测量。本课题围绕Linnik型显微白光光谱干涉测量系统，针对表面形貌和薄膜厚度实现其测量。论文的主要工作如下：
　　1、深入了解了微结构表面形貌测试技术以及薄膜技术，对目前各种测量方法进行了归纳，并对Linnik型显微白光光谱干涉法进行了详细阐述。
　　2、分析了白光光谱干涉法的基本理论，从双光束干涉理论、白光干涉特性、频域干涉等方面进行了分析。
　　3、基于搭建的Linnik型显微白光光谱干涉测量系统，实现对仪器设备的控制及干涉信号的采集。
　　4、介绍并分析了两种常用的相位提取算法，对测量系统进行绝对距离验证实验，分析了不同算法、不同倍率物镜组对测量结果的影响，并实现了对台阶结构的测量。
　　5、介绍了薄膜反射特性和基于薄膜非线性相位波动频率的初值估计方法，研究了使用局部优化算法时有效初值范围情况，利用测量系统对不同厚度及材料的薄膜进行了测量，并分析了由系统等效厚度和物镜组畸变引起的非线性相位，以及不同相位提取算法对测量结果的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 微结构表面形貌测试

1.2 薄膜技术的应用与厚度检测

1.3 白光光谱干涉法

1.4 论文主要内容

第2章 白光光谱干涉基本理论

2.1 双光束干涉理论

2.2 白光干涉特性

2.3 干涉可见度与相干长度

2.4 白光时域相干与频域相干

2.5 本章小结

第3章 测量系统构建

3.1 系统整体设计

3.2 系统硬件

3.3 系统软件

3.4 本章小结

第4章 绝对距离及微结构表面形貌测量

4.1 绝对距离计算方法

4.2 相位提取算法

4.3 绝对距离验证实验

4.4 微结构表面形貌测量

4.5 本章小结

第5章 薄膜厚度计算理论分析

5.1 薄膜反射特性

5.2 局部优化算法

5.3 基于非线性相位波动频率的初值估计方法

5.4 有效初值估计范围

5.5 折射率参数影响

5.6 本章小结

第6章 薄膜厚度测量实验

6.1 测量信号中非线性相位分析

6.2 薄膜测量实验

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢