CN113189019A - 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法 - Google Patents

基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113189019A
CN113189019A CN202110430745.1A CN202110430745A CN113189019A CN 113189019 A CN113189019 A CN 113189019A CN 202110430745 A CN202110430745 A CN 202110430745A CN 113189019 A CN113189019 A CN 113189019A
Authority
CN
China
Prior art keywords
opd
fourier transform
layer
interference signal
frequency comb
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110430745.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113189019B (zh
Inventor
元晋鹏
汪丽蓉
高薇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi University
Original Assignee
Shanxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi University filed Critical Shanxi University
Priority to CN202110430745.1A priority Critical patent/CN113189019B/zh
Publication of CN113189019A publication Critical patent/CN113189019A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113189019B publication Critical patent/CN113189019B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明属于材料特性测量技术领域，公开了一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法和装置，方法包括以下步骤：S1、将光学频率梳发出的光分为两束，使其中一束经参考光路后入射至第二分光元件，另一束经测量光路后入射至第二分光元件，经第二分光元件后两束光重合并发生干涉，通过光谱仪接收第一干涉信号；S2、将待测样品放入测量光路，接收第二干涉信号；S3、对第一干涉信号和第二干涉信号分别进行傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图；S4、确定材料层数获取各个峰的展开相位，计算对应的光程差值；S5、计算材料各层厚度及折射率。本发明可以识别样品层数，同时测量样品的每一层厚度和折射率。

Description

基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法
技术领域
本发明属于材料特性测量技术领域，具体涉及一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法，其可以对多层材料结构进行样品层数识别以及对各层的厚度和折射率测量。
背景技术
近年来，多层结构材料被广泛应用于制造各种用途的智能设备，如堆叠半导体器件，柔性显示器件，太阳能电池，电子纸，光学滤波器等器件。特别是这些应用中的光学元件，如显示面板和波导，其性能对每个堆叠层的物理厚度和折射率都很敏感。因此，对于多层光学元件，为了达到预期的性能效果，需要对每一层的物理厚度和折射率及其数量进行监测和控制。同时，基于光刻技术的半导体制造过程中最重要的问题是衬底厚度的不均匀性。多层结构的材料的厚度和每层厚度分布的测量有助于降低样品的缺陷率，提高生产能力。
通常，材料的厚度和折射率的测量技术分为接触式和非接触式两种。接触式测量法相对较为简单。然而，当使用该方法进行测量时，当探测针头与样品接触时，由于弹性变形，会造成样品表面的损伤，从而降低测量精度。此外，接触式测量法测量速度较慢，存在实时检测样品厚度及其分布情况的实际困难。另一方面，非接触式测量法可以在不造成任何损伤的情况下快速确定样品光学厚度和折射率。在非接触方法中，光学干涉仪是一种良好的无损测量光学厚度和折射率的方法，具有较好的精度和可溯源长度标准的优点。然而，目前使用现有的干涉测量法只能对单层样品的厚度和折射率进行表征，未能进行多层样品的特性表征。因此，需要对现有技术中的多层样品的特性表征方法进行改进。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于光学频率梳实现多层结构材料特性测量的装置和方法，以实现对多层结构材料的特性测量，即识别待测样品层数，同时测量待测样品的每一层结构的厚度和折射率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将光学频率梳发出的光分为两束，使其中一束经参考光路后入射至第二分光元件，另一束经测量光路后入射至第二分光元件，经第二分光元件后两束光重合并发生干涉后入射至光谱仪，通过光谱仪接收第一干涉信号；
S2、将待测样品放入测量光路，通过光谱仪接收第二干涉信号；
S3、对第一干涉信号和第二干涉信号分别进行快速傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图；
S4、根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数，同时获取各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；
S5、根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
所述步骤S3中，材料层数n＝N-1，其中N表示傅里叶变换光谱图中的峰数量。
所述步骤S4中，各个峰对应的光程差值的计算公式为：
Figure BDA0003031256000000021
其中，c表示光速，
Figure BDA0003031256000000022
表示展开相位的斜率，其中
Figure BDA0003031256000000023
表示相位，f表示频率。
所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，当材料层数n＞1层时，所述步骤S3还包括以下步骤：
将待测样品不同部位放入光路中，重复步骤S2和步骤S3，得到样品层数为1,2,……n-1层的部位的第二干涉信号和第二傅里叶变换光谱图。
当材料层数为单层时，对应的单层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右的光谱峰分别对应的光程差为OPD3(1)，OPD2(1)；
单层材料层厚度T1的计算公式为：T1＝OPD1-OPD3(1)+OPD2(1)/2；
单层材料折射率N1的计算公式为：N1＝OPD2(1)/2T1；
其中OPD1表示第一傅里叶变换光谱图中的光谱峰对应的光程差。
当材料层数为两层时，对应的双层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(2)，OPD3(2)，OPD2-1(2)；
第二层材料厚度T2的计算公式为：T2＝OPD1(2)-OPD3(2)+OPD2(2)/2-T1；
第二层材料折射率N2的计算公式为：N2＝(OPD2(2)-2N1T1)/2T2。
当材料层数为三层时，对应的三层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(3)，OPD3(3)，OPD2-2(3)，OPD2-1(3)；
第三层材料的厚度T3的计算公式为：T2＝OPD1(3)-OPD3(3)+OPD2(3)/2-T1-T2；
第三层材料折射率N2的计算公式为：N2＝(OPD2(3)-2N1T1-2N2T3)/2T3。
本发明还提供了一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置，用于实现所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，包括：光学频率梳、第一分光元件，第二分光元件、光谱仪和信号处理系统；
所述光学频率梳发出的光，经第一分光元件后分为两束，其中一束直接入射至第二分光元件，另一束经待测样品后入射至第二分光元件，经第二分光元件后两束光重合并发生干涉，干涉信号入射至光谱仪，经光谱仪采集数据后传输至信号处理系统；
信号处理系统用于对光谱仪的测量对第一干涉信号和第二干涉信号进行分别傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图，根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数；还用于获取傅里叶变换光谱图中各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；以及用于根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
光谱仪使用的是Yokogawa公司，型号为AQ6370D的高精度光谱仪，所述光学频率梳出射的飞秒激光波长为1560nm，脉冲的重复频率为250MHz，精度为10-14。
待测样品设置在二维平移台上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提出了一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法，用于对多层材料结构进行样品层数识别以及每层厚度和折射率测量，本发明通过光学频率梳获得干涉信号，实现不同情况下光程差的测量，进而可以进行待测样品的层数识别、厚度计算以及折射率计算，其具有普适性高的优点，可以实现对任意层数的待测样品进行特性表征，测量精度高，同时，测量操作简单，有益于设备集成，可实时测量；这些结果证明，本发明将成为实现多层结构材料特性研究的有力工具。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中测量光束通过待测样品的内部光路图；
图3为本发明实施例中获得的实验数据图；其中(1)、(4)、(7)、(10)分别为第一干涉信号图和单层、二层、三层样品对应的第二干涉信号图；(2)、(5)、(8)、(11)分别为对应的傅里叶变换光谱图；(3)、(6)、(9)、(12)分别为各个干涉信号的各个峰对应的展开相位图；
图1中：1为光学频率梳，2为第一反射镜，3为第二反射镜，4为第一分光元件，5为第三反射镜，6为第四反射镜，7为待测样品，8为二维平移台，9为第二分光元件，10为第一透镜，11为光谱仪，12为信号处理系统，13为显示屏。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一提供了一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其基于图1所示的一种测量装置实现，包括以下步骤：
S1、第一干涉信号获得：将光学频率梳1发出的光分为两束，使其中一束经参考光路后入射至第二分光元件，另一束经测量光路后入射至第二分光元件，经第二分光元件后两束光重合并发生干涉后入射至光谱仪，通过光谱仪接收第一干涉信号。
如图1所示，在没有待测样品的情况下，光学频率梳1发出的光，首先经过第一反射镜2和第二反射镜3，然后经过第一分光元件4分成参考光束和测量光束，其中测量光束经过第四反射镜6进入测量路径，参考光束经过第三反射镜5，然后经过第二分光元件9与测量光束重合并发生干涉，最后第一干涉信号通过第一透镜10进入光谱仪11中。
S2、第二干涉信号获得：将待测样品放入测量光路，通过光谱仪接收第二干涉信号。
如图2所示，展示了进行多层结构材料特性研究的原理图；假设待测的样品有n层结构，每层的厚度为Ti，折射率为Ni(i＝1,2,……,n)。其中，Lm和Lr分别为沿测量路径和参考路径通过空气的光程长度。
在没有待测样品的情况下，测量光束与参考光束的光程差可以表示为：
OPD1＝Lm-Lr； (1)
当将待测样品放置测量光路中时，光学频率梳发出的光，首先经过第一反射镜和第二反射镜，然后经过第一分光元件分成参考光束和测量光束，其中测量光束经过第四反射镜6，与待测样品发生作用，参考光束经过第三反射镜5，然后经过第二分光元件与测量光束重合并发生干涉，获得第二干涉信号；测量光束在待测样品内的总光程可以表示为：
Figure BDA0003031256000000041
测量光束与参考光束的光程差可以表示为：
Figure BDA0003031256000000042
S3、傅里叶变换分析：对第一干涉信号和第二干涉信号分别进行快速傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图。
如图3中(1)、(4)、(7)、(10)所示，分别为本发明实施例中获得的第一干涉信号和单层、双层、三层样品对应的第二干涉信号，图3中(2)、(5)、(8)、(11)分别为(1)、(4)、(7)、(10)的干涉信号对应的傅里叶变换光谱图，图3中(3)、(6)、(9)、(12)分别为(2)、(5)、(8)、(11)中的傅里叶变换光谱图中各个峰对应的展开相位图。
S4、根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数获取各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；
其中，各个峰对应的光程差值的计算公式为：
Figure BDA0003031256000000051
其中，c表示光速，
Figure BDA0003031256000000052
表示展开相位的斜率，其中
Figure BDA0003031256000000053
表示相位，f表示频率。
在傅里叶变换光谱图中，每一个光程对应一个光谱峰，根据第二傅里叶变换光谱图就可以很容易的识别待测样品的层数。具体地，材料层数n＝N-1，其中N表示傅里叶变换光谱图中的峰数量。
S5、根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
根据公式(2)，第一层的光程可以表示为：
OPD2-1＝2·T1·N1； (5)
第一层和第二层的总光程可以表示为：
OPD2-2＝2·T1·N1+2·T2·N2； (6)
第一层、第二层和第三层的总光程可以表示为：
OPD2-3＝2·T1·N1+2·T2·N2+2·T3·N3； (7)
更多层数的样品内部的光程依次类推。下面介绍本发明实施例中，厚度和折射率的计算原理。
(1)对于一层样品而言，其对应的单层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右的光谱峰分别对应的光程差为OPD3(1)，OPD3(1)；此外，以OPD1表示第一傅里叶变换光谱图中的光谱峰对应的光程差。
光程差OPD1，OPD2，OPD3可分别表示为：
OPD1＝Lm-Lr； (8)
OPD2(1)＝2·N1·T1； (9)
OPD3(1)＝Lm-Lr-T1+N1·T1； (10)
所以第一层的厚度的计算公式为：
Figure BDA0003031256000000054
(2)对于二层样品而言，对应的双层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(2)，OPD3(2)，OPD2-1(2)，则有：
OPD2(2)＝2·N1·T1+2·N2·T2； (12)
OPD2-1(2)＝2·N1·T1； (13)
OPD3(2)＝Lm-Lr-T1-T2+N1·T1+N2·T2； (13)
则第一层和第二层的总厚度可以表示为：
Figure BDA0003031256000000061
因此，第二层厚度可以表示为：
Figure BDA0003031256000000062
(3)当材料层数为三层时，对应的三层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(3)，OPD3(3)，OPD2-2(3)，OPD2-1(3)，则有：
OPD2(3)＝2·N1·T1+2·N2·T2+2·N3·T3； (16)
OPD2-1(3)＝2·N1·T1； (17)
OPD2-2(3)＝2·N1·T1+2·N2·T2； (18)
OPD3(3)＝Lm-Lr-T1-T2+N1·T1+N2·T2； (19)
因此，第一层、第二层和第三层的总厚度可以表示为：
Figure BDA0003031256000000063
则第三层的厚度可以表示为：
Figure BDA0003031256000000064
(4)各层折射率的计算公式。
第一层的折射率可以表示为：
Figure BDA0003031256000000065
第二层的折射率可以表示为：
Figure BDA0003031256000000066
第三层的折射率可以表示为：
Figure BDA0003031256000000067
上述以三层结构为例，进行了待测样品的特性研究，其通过干涉信号获得、傅里叶变换分析，实现了样品层数识别、厚度计算、折射率计算。上述方法，可追溯至n层待测样品的材料特性研究。
因此，本实施例中，当材料层数n＞1层时，所述步骤S3还包括以下步骤：将待测样品不同部位放入光路中，重复步骤S2和步骤S3，得到样品层数为1,2,……n-1层的部位的第二干涉信号和第二傅里叶变换光谱图。如图2所示，本发明实施例可以测量的样品为样品层数多层，而且，样品不同位置处的层数不同，也就是说，样品的各层分布面积是逐层减小的，进而，可以分别测量单层，双层，三层直至所有层的干涉信号。例如，石墨烯材料即具有这样的特征。
实施例二
如图1所示，本发明实施例二提供了一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置，用于实现实施例一所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，包括：光学频率梳1、第一分光元件4，第二分光元件9、光谱仪11和信号处理系统12；
所述光学频率梳发出的光，经第一分光元件4后分为两束，其中一束直接入射至第二分光元件9，另一束经待测样品后入射至第二分光元件9，经第二分光元件9后两束光重合并发生干涉，干涉信号入射至光谱仪，经光谱仪采集数据后传输至信号处理系统；
信号处理系统用于对光谱仪测量的第一干涉信号和第二干涉信号进行分别傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图，根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数；还用于获取傅里叶变换光谱图中各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；以及用于根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
具体地，本实施例中，光谱仪使用的是Yokogawa公司，型号为AQ6370D的高精度光谱仪。其波长范围为600-1700nm，波长精度为±0.01nm，波长分辨率为0.02nm，所述光学频率梳出射的飞秒激光波长为1560nm，脉冲的重复频率为250MHz，精度为10-14。
具体地，本实施例中的测量装置还包括二维平移台；将不同待测样品固定在二维平移台上，通过在两个方向上移动二维平移台，可以实现待测样品在二维方向上的移动。
具体地，本实施例中的测量装置还包括显示单元，显示单元可以显示最终的测量结果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将光学频率梳（1）发出的光分为两束，使其中一束经参考光路后入射至第二分光元件，另一束经测量光路后入射至第二分光元件，经第二分光元件后两束光重合并发生干涉后入射至光谱仪，通过光谱仪接收第一干涉信号；
S2、将待测样品放入测量光路，通过光谱仪接收第二干涉信号；
S3、对第一干涉信号和第二干涉信号分别进行快速傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图；
S4、根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数，同时获取各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；
S5、根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，材料层数n=N-1，其中N表示傅里叶变换光谱图中的峰数量。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，各个峰对应的光程差值的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，c表示光速，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示展开相位的斜率，其中φ表示相位，f表示频率。
4.根据权利要求1所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，当材料层数n＞1层时，所述步骤S3还包括以下步骤：
将待测样品不同部位放入光路中，重复步骤S2和步骤S3，得到样品层数为1,2,……n-1层的部位的第二干涉信号和第二傅里叶变换光谱图。
5.根据权利要求4所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，当材料层数为单层时，对应的单层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右的光谱峰分别对应的光程差为OPD3(1)，OPD2(1)；
单层材料层厚度T1的计算公式为：T1=OPD1-OPD3 (1)+OPD2(1)/2；
单层材料折射率N1的计算公式为：N1=OPD2 (1)/2T1；
其中OPD1表示第一傅里叶变换光谱图中的光谱峰对应的光程差。
6.根据权利要求5所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，当材料层数为两层时，对应的双层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(2)，OPD3(2)，OPD2-1(2)；
第二层材料厚度T2的计算公式为：T2=OPD1(2)- OPD3(2)+OPD2(2) /2-T1；
第二层材料折射率N2的计算公式为：N2=(OPD2 (2)-2N1T1)/2T2。
7.根据权利要求6所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，当材料层数为三层时，对应的三层第二傅里叶变换光谱图中，从左到右分别对应光程差OPD2(3)，OPD3(3)，OPD2-2(3)，OPD2-1(3)；
第三层材料的厚度T3的计算公式为：T2=OPD1(3)- OPD3(3)+OPD2(3) /2-T1-T2；
第三层材料折射率N2的计算公式为：N2=(OPD2 (3)-2N1T1-2N2T3)/2T3。
8.一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置，用于实现权利要求1~8任一项所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量方法，其特征在于，包括：光学频率梳（1）、第一分光元件（4），第二分光元件（9）、光谱仪（11）和信号处理系统（12）；
所述光学频率梳发出的光，经第一分光元件（4）后分为两束，其中一束直接入射至第二分光元件（9），另一束经待测样品后入射至第二分光元件（9），经第二分光元件（9）后两束光重合并发生干涉，干涉信号入射至光谱仪，经光谱仪采集数据后传输至信号处理系统；
信号处理系统用于对光谱仪的测量对第一干涉信号和第二干涉信号进行分别傅里叶变换得到第一傅里叶变换光谱图和第二傅里叶变换光谱图，根据第二傅里叶变换光谱图峰数量确定材料层数；还用于获取傅里叶变换光谱图中各个峰的展开相位，并根据各个峰的展开相位的斜率计算对应的光程差值；以及用于根据各个光程差值，计算材料各层厚度及折射率。
9.根据权利要求8所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置，其特征在于，光谱仪使用的是Yokogawa公司，型号为AQ6370D的高精度光谱仪，所述光学频率梳出射的飞秒激光波长为1560nm，脉冲的重复频率为250MHz，精度为10-14。
10.根据权利要求8所述的一种基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置，其特征在于，待测样品设置在二维平移台上。
CN202110430745.1A 2021-04-21 2021-04-21 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法 Active CN113189019B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110430745.1A CN113189019B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110430745.1A CN113189019B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113189019A true CN113189019A (zh) 2021-07-30
CN113189019B CN113189019B (zh) 2023-03-07

Family

ID=76977912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110430745.1A Active CN113189019B (zh) 2021-04-21 2021-04-21 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113189019B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101261116A (zh) * 2008-04-20 2008-09-10 华中科技大学 一种薄膜厚度和折射率的光学测量方法及其装置
TW201001088A (en) * 2008-03-27 2010-01-01 Canon Kk Position detection apparatus, position detection method, exposure apparatus, and semiconductor device fabrication method
CN101625319A (zh) * 2008-07-09 2010-01-13 佳能株式会社 多层结构测量方法和多层结构测量设备
JP2017125685A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 レーザーテック株式会社 厚さ測定装置及び厚さ分布測定装置
CN107252302A (zh) * 2012-07-27 2017-10-17 统雷有限公司 敏捷成像系统
CN109781633A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 山东大学 一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统及方法
CN109855541A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 山西大学 基于光学频率梳的空气折射率自校准系统和方法
CN112526544A (zh) * 2020-12-22 2021-03-19 山西大学 基于光学频率梳干涉测量法进行三维成像的装置及方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201001088A (en) * 2008-03-27 2010-01-01 Canon Kk Position detection apparatus, position detection method, exposure apparatus, and semiconductor device fabrication method
CN101261116A (zh) * 2008-04-20 2008-09-10 华中科技大学 一种薄膜厚度和折射率的光学测量方法及其装置
CN101625319A (zh) * 2008-07-09 2010-01-13 佳能株式会社 多层结构测量方法和多层结构测量设备
US20100007894A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Canon Kabushiki Kaisha Multilayer Structure Measuring Method and Multilayer Structure Measuring Apparatus
CN107252302A (zh) * 2012-07-27 2017-10-17 统雷有限公司 敏捷成像系统
JP2017125685A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 レーザーテック株式会社 厚さ測定装置及び厚さ分布測定装置
CN109855541A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 山西大学 基于光学频率梳的空气折射率自校准系统和方法
CN109781633A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 山东大学 一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统及方法
CN112526544A (zh) * 2020-12-22 2021-03-19 山西大学 基于光学频率梳干涉测量法进行三维成像的装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BINGHUA CAO 等: "Noncontact Thickness Measurement of Multilayer Coatings on Metallic Substrate Using Pulsed Terahertz Technology", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 *
李季平 等: "激光等密度等倾干涉条纹法测定透明介质的厚度和折射率", 《物理实验》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113189019B (zh) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102082108B (zh) 一种微纳深沟槽结构侧壁形貌快速测量方法及装置
CN101393015B (zh) 一种微纳深沟槽结构在线测量方法及装置
CN108431545A (zh) 用于测量存在薄层时的高度的装置和方法
CN109387155B (zh) 形貌检测装置与形貌检测方法
KR20130018553A (ko) 막 두께 측정 장치
TW201224434A (en) Multi-wavelength optical measurement method for thin film device
CN103148785B (zh) 一种光学干涉谱域相位对照b扫描仪及其测量方法
CN111351640B (zh) 基于双光梳干涉测量法的光学镜片质量检测系统及方法
CN105143814B (zh) 光学相位测量方法和系统
TWI458960B (zh) 白光干涉量測裝置及其干涉量測方法
Jung et al. Multi spectral holographic ellipsometry for a complex 3D nanostructure
CN113189019B (zh) 基于光学频率梳的多层结构材料特性测量装置和方法
JPH03225259A (ja) 屈折率分布、透過波面の測定方法およびこの方法に用いる測定装置
CN114910007B (zh) 一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法
CN104655029B (zh) 一种位相增强型薄膜厚度测量方法和系统
CN103398666B (zh) 一种用于双层周期性微结构的层间错位测试方法
TW201335571A (zh) 同時檢測三維表面輪廓及光學級表面粗糙度的裝置及方法
CN105043294B (zh) 适用于纳米级三维形貌测量的远场矢量光学特性建模方法
CN204612666U (zh) 一种位相增强型薄膜厚度测量系统
US20200149867A1 (en) Multi-probe gauge for slab characterization
CN209513047U (zh) 一种用于静态傅里叶变换光谱仪的微阶梯反射镜和光谱仪
CN210270049U (zh) 一种新型局部放电光信号在线检测装置
JPS6271804A (ja) 膜厚測定装置
US11073372B2 (en) Multi-probe gauge for slab characterization
Li et al. Research on spectroscopic ellipsometry in China with future challenges

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant