白光干涉仪在测量中的常见问题及解决方式.pdf

白光干涉仪在测量中的常见问题及解决方式赵淑君（安徽省长江计量所）摘要：白光干涉仪广泛应用于各类微纳米台阶高度、微观表面形貌以及表面粗糙度测量。本文从外部使用环境、被测件表面、仪器自身参数设置、设备维护等几个方面，分析可能引起白光干涉仪测量结果不准确的原因，并结合使用情况，提出相应的建议，从而提高测量结果准确性。关键词：白光干涉仪；测量结果；准确性 ：，：；引言 白光干涉仪是一款对精密器件及材料表面进行微纳米测量的检测仪器，广泛应用于半导体制造及封装工艺检测、玻璃屏及其精密配件、光学加工、微纳材料及制造、器件等超精密加工等领域中各类微纳米台阶高度、微观表面形貌以及表面粗糙度测量。由于实际测量过程中，外部环境不理想、仪器参数设置不合理等问题会影响测量结果准确性。因此，笔者针对长期使用中发现的一些共性问题，提出相应的建议。白光干涉仪工作原理 白光干涉仪是以白光干涉技术为原理，对器件表面进行非接触式扫描并建立表面 图像，从而实现器件表面微观形貌测量的光学检测仪器。操作人员将被测物件放置于载物台上，通过测量软件调节定位扫描位置后，进行扫描，并实时获取图像；扫描完成后，分析软件自动重建 图像，操作者可在分析软件界面对图像进行校平、滤波、提取区域等处理后，通过各种分析工具进行距离、台阶高、表面轮廓及表面粗糙度等参数的测量分析。白光干涉仪测量结果不准确的原因分析及解决措施 外部环境由于白光干涉仪为微纳米级测量，外部环境（如灰尘、震动、噪声和环境气流等）对测量结果均会产生显著影响，如灰尘进入光路系统会影响成像；震动和过大的噪音会直接影响 图像的重建，造成测量重复性低、准确度差。因此，测量时应在恒温恒湿的环境内，放置于独立地基或其他隔振平台上，且测量前应先进行环境噪声评价，确保室内噪声 。计量与测试技术 年第 卷第 期此外，由于质量较轻的薄片类被测件的测量对环境气流较为敏感，测量时应尽量减少气流的影响。因此在实际使用中，可在测量前观察 轴示值变动，差值 ，则表明外部环境良好，可开展测量工作。被测件表面反射率低或斜率过大白光干涉技术是指光路通过干涉物镜后，分为参考光和测量光。其中测量光是经被测样品表面反射后，与参考光发生干涉，将带有被测件表面信息的干涉图像用面阵相机连续采集，再用分析软件重建 图像。若被测件表面反射率较低或斜率较大，则部分区域会因为光亮度不足而丢失数据，并反映至 图像上，即会产生一些扫描不到的孔洞区域。当孔洞位于非测量区域时，可通过软件进行孔洞填充，即根据孔洞区域邻近的曲线计算填充曲线，使填充后的曲线与原始曲线光滑过度；当孔洞位于测量区域时，孔洞填充可能会使 图像失真，造成测量结果不准确。因此，可通过适当提高光源亮度或调整载物台角度，使被测件表面尽可能与光路垂直，再进行测量。仪器参数设置不当白光干涉仪扫描前，需根据被测件表面质量设置光源亮度、图像像素等。扫描完成后，将重建的 图像通过分析软件进行摆正、滤波、提取区域等处理，使用分析工具进行台阶高、表面轮廓及表面粗糙度等参数的测量分析。仪器参数设置不当会对结果造成很大影响，如：（）若光源亮度较低，则会使 图像产生丢失数据的孔洞；若光源亮度较大，则会出现过曝，使 图像噪点增加。（）若图像像素设置较低，则会降低测量精度；若图像像素设置较高，则会降低处理速度。因此，建议只对表面质量较好、测量行程较短的被测件适当提高图像像素。测量分析前，一般需对 图像进行校平处理，其中，最小二乘法适用于表面纹理不规则的被测件的轮廓校平；最小区域法适用于几何轮廓的校平。对 图像进行空间滤波时，由于不同滤波参数及函数测量结果差异显著，因此，需根据相应的规程规范或国家标准选择。当 视图中测量区域有些许噪点时，可通过修描等，将其平滑或去除，但需注意：当处理阈值参数设置越大，去除的噪声点数越多时，图像越失真。设备未定期维护为保证测量精度，白光干涉仪长时间使用后，需用硅晶片和台阶高标准样块分别进行波长校准和 向校准。但实际使用时，操作人员往往会忽略该操作，从而造成测量结果不准确。由于白光干涉仪属于高精密测量仪器，对环境要求较高，因此在使用过程中，建议操作人员定期对仪器进行以下操作：（）检测视场照明均匀度，保证光路清晰，无灰尘等异物进入；（）检查条纹面与成像面是否共面，保证干涉物镜中光学镜片无松动、未发生位移；（）使用经过溯源的台阶高度标准样块进行校准，保证测量结果准确可靠。结束语外部环境不满足仪器使用要求，被测件表面反射率较低或斜率较大、仪器参数设置不恰当或设备维护不当等，都会影响白光干涉仪的测量结果。因此，操作人员应定期对仪器进行检查、校准和维护，在保证外部环境满足仪器使用要求的情况下，通过合理的被测件摆放，恰当的仪器参数设置后再进行测量分析，进一步提高测量结果的准确性。参考文献 （军工）白光干涉轮廓仪校准规范 （军工）台阶仪校准规范 （军工）微尺度几何参数计量器具等级图 深证市中图仪器科技有限公司 白光干涉仪产品说明书 通用计量术语及定义 测量不确定度评定与表示 工具显微镜 光学系统像质测试方法 光学系统 参数的测定 赵淑君：白光干涉仪在测量中的常见问题及解决方式