在各种微观表面形貌非接触测量方法中,光学测量法不仅能实现高精度的快速非接触测量,而且系统结构简单,成本较低,因此在表面非接触测量领域得到了快速发展。国外生产白光干涉微观轮廓仪的丰要公司是Veeco公司、ZYGO公司和Taylor-Hobson公司。这三个公司主流的白光干涉轮廓仪分别是Veeco NT 9080、ZYGO NewView 7300和Taylor-Hobson CCI 3000A。这三种型号的轮廓仪均采用Mirau型的双光束干涉光路,通过微位移控制器控制Mirau干涉物镜,进行轴向扫描,得到微观表面形貌。表1.1中列举了这3种型号的轮廓仪的主要性能和参数对比。63011
表1-1 NT9080、NewView 7300和CCI 3000A轮廓仪性能参数
生产厂商 Veeco ZYGO Taylor Hobson
型号 NT9080 New View 7300 Talysurf CCI 3000A
垂直测量范围 10mm 20mm Z方向拼接可大于10mm
垂直分辨率 小于0.12nm 可达0.2nm 最小可达0.01nm
RMS重复性 0.015nm 小于0.01nm 0.03nm
垂直扫描速度 28um/s 135um/s 扫描时间5~40s
光学分辨率 最小0.49um(50×物镜) 0.36um 0.4um-0.6um
CCD分辨率 640480 640480 10241024
光源 长寿命绿色、白光LED 长寿命LED灯 白光LED灯
反射率 <1%-100% <1%-100% 0.3%-100%
国内许多单位都在研制精密表面光学测量方法和仪器,并取得了一定的成果。其中,华中科技大学的谢铁邦、郧建平、常素萍等在国产Linnik型6JA干涉显微镜的基础上加入工控机、垂直位移扫描工作台及图像采集处理系统,研制出了WIS(White 1ight Interference Scanning)型白光干涉三维轮廓仪。该轮廓仪的垂直分辨率为0.5nm,垂直扫描范围为5mm,横向测量区域达到0.25mm,表面反射率0.3%.100%,干涉物镜的放大倍率40x,一次表面形貌的测量时间为15s-30s,可以用于表面轮廓、台阶、刻线、曲面形貌、膜厚、沟槽尺寸、MEMS三维尺寸等方面的测量[7-13]。
天津大学的张以谟、李朝辉、张红霞等自行设计研制出立式Mirau型白光移相干涉仪[14-17]。并且建立了理论模型、研究了白光干涉移相算法、对Mirau 干涉物镜和廓仪照明光路进行了光学系统设计、设计机械结构和移相系统等工作。文献综述
浙江大学的严惠民、杜艳厢、曹向群等实现了非接触地、快速地测量超薄金属带厚度[18-20]。顾培夫、薛晖等将光纤光谱仪和白光迈克尔逊干涉仪结合,在频域上分析白光干涉信号,实现光学薄膜厚度的测量,误差小于lnm[21]。
中国科学院上海光学精密机械研究所的韦春龙等研制了Linnik型移相式轮廓仪[22]。
总而言之,与国外产品相比,国内的测量系统性能上还需要进一步提高,在商品化的道路上还有很长的道路要走。