[发明专利]一种基于背向补偿的透明基底薄膜厚度测量系统

摘要

本发明公开了一种基于背向补偿的透明基底薄膜厚度测量系统，包括：光源、光谱仪、反射率光纤探头、测量平台和PC机，反射率光纤探头设于测量平台上方，分别与光源、光谱仪连接，光谱仪与PC机连接；光源发出的光经过反射率光纤探头照射到放置在测量平台上的待测具有透明基底的薄膜上，基底以及薄膜的反射光同时又进入反射率光纤探头后被光谱仪接收，接受的数据经过PC机的补偿处理计算，得到薄膜各层的实际厚度。本发明系统无须在样片背面涂覆消光物质来消除背向反射，无需破坏薄膜基底。本发明系统具有简单灵活，自动适应各种不同材料不同厚度的透明基底，整个系统具有结构简单，成本较低，小型化，无损探测等优点。

主权项

一种基于背向补偿的透明基底薄膜厚度测量系统，包括：光源、光谱仪、反射率光纤探头、测量平台和PC机，所述的反射率光纤探头设于测量平台上方，分别与光源、光谱仪连接，光谱仪与PC机连接；光源发出的光经过反射率光纤探头的出射端面，照射到放置在测量平台上的待测具有透明基底的薄膜上，基底以及薄膜的反射光同时又进入反射率光纤探头的接收端面，被光谱仪接收，接受的数据经过PC机的补偿处理计算，得到薄膜各层的实际厚度，其特征在于：所述的补偿处理计算方法为：(1)首先测量待测样品反射率；(2)根据薄膜理论计算薄膜的总反射率R： R = R f + T f ′ R 3 T f + T f ′ R 3 2 R ′ f T f . . . . . . . . . = R f + T f 2 R 3 1 - R 3 R ′ f ≈ R f + ( 1 - R f ) 2 R 3 其中Rf表示从正面到背面的相干的反射率，Rf由各层厚度和折射率计算得到；R3表示基底背面的背向反射率，由基底材料折射率计算得到；Rf表示背面到正面的相干反射率；Tf表示从正面到背面的相干透过率；T′f表示从背面到正面的相干透过率；(3)对基底背面的背向反射率R3进行补偿修正，补偿修正的R3(λ)表示为： R 3 ( λ ) = ( 1 - n g ( λ ) 1 + n g ( λ ) ) 2 + C 1 - C 2 n ( λ ) + C 3 = ( 1 - n g ( λ ) 1 + n g ( λ ) ) 2 + C 1 ′ - C 2 n ( λ ) 其中：C1、C2、C3是常数，ng(λ)为基底折射率，n(λ)是薄膜的折射率；C1′＝C1+C3，补偿计算后的总反射率R′表示为： R ′ = R f + ( 1 - R f ) 2 [ ( 1 - n g ( λ ) 1 + n g ( λ ) ) 2 + C 1 ′ - C 2 n ( λ ) ] (4)在一定范围内改变薄膜各层的厚度以及C1′、C2，每改变一次计算对应的总反射率R′，与测量的反射率比较；利用全局优化算法在设定范围内搜索出最优的各层薄膜厚度以及C1′、C2，使补偿计算后的总反射率R′与实际反射率最接近；(5)当经过补偿计算的总反射率R′与测量的反射率误差小于阈值，则此时的薄膜各层厚度为实际厚度，此时的C1′、C2为实际的补偿值。