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现代干涉测试技术的核心是用合理的算法处理干涉图来获得所需的被测面形及参数。随着光学制造业和加工业的发展,对薄膜器件加工的精度要求越来越高,进而对薄膜制备提出了更高的要求。但是,只有解决了薄膜厚度的高精度检测问题,才能解决高精度薄膜的制备问题。本文在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,采用一种基于二维FFT(Fast Fourier Transform)的测量薄膜厚度方法。利用泰曼-格林型干涉系统,可获得被测膜层的干涉条纹图像;借助于数字图像处理技术,可获得被测薄膜的厚度参数。论文主要研究了(1)对所采集的图象进行边缘识别,以提取薄膜的边缘信息;(2)图象区域的空域延拓,以便将圆形的干涉图有效数据区域变为矩形区域,使之更适于二维FFT算法的处理;(3)干涉图的频谱滤波处理及滤波窗的选取。(4)波面统一。经过频域的二维傅里叶逆变换,可求出带有薄膜厚度信息的原始波面相位分布。由于采用了反正切运算,使得整个波面存在相位跃变以及薄膜的边缘与基面之间存在跳跃,需分别对薄膜区域和基底区域进行波面统一。(5)编制算法处理软件。实现了对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布及厚度值。
在实际测试中,对多个玻璃基底(K9)上镀制有不同厚度的SiO2台阶薄膜样片进行了测试,利用所编制的算法处理软件对测量结果进行了处理。结果表明:所测一薄膜厚度为167.7nm的峰谷值为0.353λ,用ZYGO干涉仪测量同一样片进行比对,其厚度为161nm,峰谷值为0.358λ。此原理方法不仅为薄膜厚度测量提供了一种新的工程技术方法,也对薄膜制备工艺优化过程具有重要指导意义,可实现对薄膜样片厚度的自动测量。