一種白光干涉垂直掃描開(kāi)環(huán)控制的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種白光垂直掃描干涉開(kāi)環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)表面輪廓測(cè)量的方法，集成了無(wú)閉環(huán)控制的線性或者旋轉(zhuǎn)編碼器和其輸出信號(hào)(編碼值)的光程差驅(qū)動(dòng)裝置，它集成到一個(gè)白光垂直掃描干涉儀（WLSI）來(lái)產(chǎn)生計(jì)算表面高度差所需的一系列有序的干涉圖譜。使用的光程差驅(qū)動(dòng)裝置，適用于任何一種能夠集成線性或者旋轉(zhuǎn)編碼器和其輸出信號(hào)（編碼值）處理方法和技術(shù)作為掃描時(shí)間（高度）的微移動(dòng)裝置，白光垂直掃描干涉儀（WLSI）例如Mirau干涉儀和Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。為了克服開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)非線性性和不恒定性，本發(fā)明提出了一個(gè)無(wú)閉環(huán)控制的線性或者旋轉(zhuǎn)編碼器和其輸出信號(hào)的處理方法和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直掃描干涉所需的光程差驅(qū)動(dòng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種白光干涉垂直掃描開(kāi)環(huán)控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面輪廓測(cè)量的光學(xué)干涉儀技術(shù)，尤其是一種白光垂直掃描干涉開(kāi)環(huán)控制的方法進(jìn)行光程差驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度表面輪廓測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]白光垂直掃描干涉方法和裝置是一種進(jìn)行表面輪廓測(cè)量的干涉儀技術(shù)，稱(chēng)為白光垂直掃描干涉輪廓儀(WLSI)。白光垂直掃描干涉技術(shù)是使用白光的同調(diào)性差的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)有限區(qū)間的表面干涉來(lái)進(jìn)行表面高度差測(cè)量，是國(guó)際上公認(rèn)的快速靈活的三維微觀形貌檢測(cè)手段。它在當(dāng)今世界先進(jìn)制造業(yè)最前沿的半導(dǎo)體納米制程工藝、微電子機(jī)械系統(tǒng)、納米復(fù)合材料、生物工程技術(shù)、通信技術(shù)、綠色能源中的太陽(yáng)能和LED技術(shù)、超精密機(jī)械加工中的航空、航天、汽車(chē)、光學(xué)零件等等，有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]光學(xué)干涉輪廓儀是由光學(xué)干涉相位(PSI)和白光干涉垂直掃描(WLSI)進(jìn)行相關(guān)的干涉圖像取樣和分析計(jì)算得到表面輪廓的技術(shù)和裝置。光學(xué)相位法干涉儀(PSI)被證明是一個(gè)非常有效的高精度表面形貌測(cè)量方法。光學(xué)相位干涉儀是通過(guò)與被測(cè)物體直接相關(guān)的光干涉圖譜(干涉條紋)的相位分析來(lái)獲得相關(guān)的表面高度測(cè)量。盡管光學(xué)相位差干涉儀(PSI)的測(cè)量精度能夠達(dá)到I個(gè)納米以下，它的主要缺陷是其測(cè)量時(shí)導(dǎo)致干涉的相位變化不能超過(guò)波長(zhǎng)的1/4。這個(gè)缺陷就限制了光學(xué)相位變化干涉儀(PSI)只能測(cè)量表面形貌高度變化在幾個(gè)微米之內(nèi)。白光干涉掃描輪廓儀(WLSI)，又被稱(chēng)為垂直掃描干涉儀，是一種使用白光的同調(diào)性差的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)有限區(qū)間的表面干涉來(lái)進(jìn)行表面高度差測(cè)量的技術(shù)。白光垂直掃描干涉原理克服了光學(xué)相位法干涉儀(PSI)測(cè)量表面高度差的限制。白光垂直掃描干涉方法是在1990年首先由Davisdon發(fā)展的。與相位差干涉方法(PSI)通過(guò)干涉相位計(jì)算取得表面高度不同，白光垂直掃描干涉儀(WLSI)是針對(duì)相應(yīng)的裝置在垂直掃描過(guò)程中白光干涉只發(fā)生在有限的區(qū)間的特點(diǎn)通過(guò)干涉強(qiáng)度變化與時(shí)間的特征來(lái)測(cè)量表面高度差的。
[0004]為了找出同一表面位置在不同垂直掃描時(shí)間(高度)時(shí)干涉圖譜的強(qiáng)度并求出其中最高峰值(Peak value)，白光垂直掃描干涉儀(WLSI)通過(guò)垂直掃描來(lái)改變被測(cè)表面與干涉儀的參照面之間的光程差(OPD)取得一系列相對(duì)應(yīng)的干涉圖譜強(qiáng)度。使用寬頻光源或者白光光源，白光干涉只發(fā)生在光程差相近之處并且干涉強(qiáng)度信號(hào)明顯。產(chǎn)生的干涉圖譜其光強(qiáng)在光程差OPD=O的時(shí)候最大，并隨著OPD的增加而迅速降低。相應(yīng)的干涉圖譜在光程差OPD大于光學(xué)干涉長(zhǎng)度時(shí)完全消失了。
[0005]一個(gè)隨時(shí)間變化的光強(qiáng)信號(hào)分布在光學(xué)干涉顯微系統(tǒng)圖像記錄裝置中任何一點(diǎn)都可由下面的公式來(lái)表達(dá)，
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種白光干涉垂直掃描開(kāi)環(huán)控制的方法，其特征在于: 提供適用于光學(xué)掃描干涉的干涉輪廓儀，來(lái)提供光學(xué)掃描干涉系統(tǒng)的光程差及使用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的方法和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)干涉； 白光垂直掃描干涉儀進(jìn)行表面高度差測(cè)量通過(guò)下面的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn): (I )、通過(guò)光程差驅(qū)動(dòng)裝置，獲取在不同的光程差時(shí)對(duì)應(yīng)的有序干涉圖譜，

2.如權(quán)利要求1所述的白光干涉垂直掃描開(kāi)環(huán)控制的方法，其特征在于:適用于任何一種由動(dòng)力或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，帶有或者沒(méi)有變速齒輪結(jié)構(gòu)，能夠集成線性或者旋轉(zhuǎn)編碼器和其輸出信號(hào)或編碼值的處理方法和技術(shù)作為對(duì)應(yīng)掃描時(shí)間或高度的微移動(dòng)裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的白光干涉垂直掃描開(kāi)環(huán)控制的方法，其特征在于:適用Mirau干涉儀和Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)和裝置。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103697832SQ201310746418
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】夏勇 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江超納儀器有限公司（中外合資）