基于白光干涉輪廓尺寸與形貌非接觸測量方法和系統(tǒng).pdf

1、隨著表面測量技術(shù)的發(fā)展，表面的三維測量和評定已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。接觸式和光學(xué)探針式測量儀器大多是逐點(diǎn)掃描，在三維表面測量的應(yīng)用中受到一定限制。垂直掃描白光干涉測量技術(shù)具有高精度、大量程、無相位模糊等特點(diǎn)，而且為面掃描，測量效率高，是一種較為理想的超光滑表面的三維形貌測量方法，已開始在表面微觀形貌測量中應(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干涉條紋跟

2、蹤法測量三維表面的絕對坐標(biāo)值的新方法，突破白光干涉顯微物鏡視場的限制，可實(shí)現(xiàn)大量程大范圍的三維表面輪廓測量。在具有垂直掃描功能的三維測量工作臺的基礎(chǔ)上，研制出垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測量系統(tǒng)，同時滿足形貌測量和輪廓尺寸測量的要求。
　　 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干涉條紋跟蹤法測量三維表面輪廓的絕對坐標(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)的測量模型，分

3、析了光源帶寬、數(shù)值孔徑、曲面斜率對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量表面微觀形貌和垂直掃描白光零級干涉條紋跟蹤法測量表面三維輪廓的垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為：垂直測量范圍：8mm ；垂直掃描分辨率：0.002 μm ；水平測量范圍：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)性測量誤差小于5[％]；輪廓測量誤差小于2[％]。
　　 (3)研制了適用于垂直掃描白光干涉三維表面輪廓測量系統(tǒng)的高精度、大量程三維測量工作臺。三維測量工作臺的垂直掃描位移機(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)動器分別驅(qū)動的粗、精兩級定位機(jī)構(gòu)，滿足垂直掃描白光干涉跟蹤原理測量表面輪廓的要求，該垂直掃描位移機(jī)構(gòu)已申請發(fā)明專利(申請?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，衍射光柵計(jì)量系統(tǒng)控制定位。通過雙頻激光干涉儀對三維測量工作臺的位移性能進(jìn)行定量分析，三維測量工作臺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。同時針對垂直掃描白光干涉法測量涂有透明介質(zhì)的表面時出現(xiàn)的雙干涉條紋進(jìn)行了分析，并且根據(jù)雙干涉