角丛来志、第45卷第3期■专题综述 1.2光谱共聚焦测量技术 Micro Epsilons公司均有商业化的光谱共聚焦测 光谱共聚焦技术通过强色散元件使不同波 量仪。国内一些高校包括天津大学、哈尔滨工 长的光聚焦于不同深度的焦平面，实现深度和光 业大学、北京理工大学等开展了相关研究和仪 波长之间的映射，具备轴向层析检测能力5-2， 器研制工作2。针对微米级工业薄膜，郝然2咧 其系统原理如图2所示。光谱共聚焦技术的单次 基于反射光谱原理结合具有高轴向分辨率的共 检测效率较高，且通过强色散元件设计能实现 聚焦技术，研制出光谱共聚焦膜厚测量系统， 百微米到毫米级的厚度检测，但因未利用光波 实现1~75um范围内的PCB(printed circuit board) 相位信息导致其精度受限，重复精度在百纳米 板芯片膜层及锗基SO,膜层的厚度测量，该系统 范围27-2。目前，包括法国的STL公司和德国的 对环境干扰具有较高稳定性。 (a) S白光点光源 (b) 光谱仅 单色光谱成像 连续的单色成 测量物体表面 像聚焦点S'() 图2光谱共聚焦系统原理：(a)基本光路图：(b)实测装置图 1.3白光干涉测量技术 不同的深度位置，导致样品反射光的光程差不 白光干涉测量技术通过宽光谱光源在沿光 同。反射光经干涉仪后会形成干涉条纹，通过相 轴方向对物体进行扫描。如图3所示，宽光谱光 机逐步记录的干涉图像可实现表面信息重构。该 源照射到物体表面后，由于样品沿光轴方向具有 技术可以分离光轴上多个表面引起的干涉条纹， 相机 ·3D千涉图采集 孔径光阑 信号 光源 光圈 分束器 迈克尔逊 干涉物镜 参考镜 被测元件 图3白光扫描干涉测量结构与成像原理示意图0 159■159 Chinese Journal of Nature Vol. 45 No. 3 REVIEW ARTICLE 第 45 卷第 3 期 ■专题综述 1.2 光谱共聚焦测量技术 光谱共聚焦技术通过强色散元件使不同波 长的光聚焦于不同深度的焦平面，实现深度和光 波长之间的映射，具备轴向层析检测能力[25-26]， 其系统原理如图2所示。光谱共聚焦技术的单次 检测效率较高，且通过强色散元件设计能实现 百微米到毫米级的厚度检测，但因未利用光波 相位信息导致其精度受限，重复精度在百纳米 范围[27-28]。目前，包括法国的STIL公司和德国的 Micro Epsilons公司均有商业化的光谱共聚焦测 量仪。国内一些高校包括天津大学、哈尔滨工 业大学、北京理工大学等开展了相关研究和仪 器研制工作[29]。针对微米级工业薄膜，郝然[29] 基于反射光谱原理结合具有高轴向分辨率的共 聚焦技术，研制出光谱共聚焦膜厚测量系统， 实现1~75 μm范围内的PCB(printed circuit board) 板芯片膜层及锗基SiO2膜层的厚度测量，该系统 对环境干扰具有较高稳定性。 1.3 白光干涉测量技术 白光干涉测量技术通过宽光谱光源在沿光 轴方向对物体进行扫描。如图3所示，宽光谱光 源照射到物体表面后，由于样品沿光轴方向具有 图2 光谱共聚焦系统原理[25]：(a) 基本光路图；(b) 实测装置图 不同的深度位置，导致样品反射光的光程差不 同。反射光经干涉仪后会形成干涉条纹，通过相 机逐步记录的干涉图像可实现表面信息重构。该 技术可以分离光轴上多个表面引起的干涉条纹， 图3 白光扫描干涉测量结构与成像原理示意图[30]