一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置

本发明属于薄膜厚度测试，具体涉及一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置。

背景技术：

1、曲面电子器件具有接触面积大、空间适应性好、与自然协调性强等优点，已经被广泛用于曲面天线、智能皮肤装备、高精度传感器、曲面光栅、衍射光学元件等诸多领域，具有平面电子器件不可比拟的优势。曲面薄膜涂覆是制造曲面电子器件的关键步骤之一，而薄膜的均匀性严重影响后续刻蚀等工艺，从而直接影响电子器件性能。因此，掌握薄膜膜厚分布情况是优化工艺、提高产品质量的关键。测量曲面膜厚分布的有效方法之一是采用白光反射光谱法，其原理是光源照射待测薄膜表面，经过薄膜上下表面的反射光发生干涉返回探测装置，经过计算得到结果。整个测量过程需要保证入射光和反射光以垂直于待测表面的光路传播，否则便会造成光强减弱，导致测量产生极大误差。然而，在测量的过程中，曲面电子器件表面形状的特殊性、人为辅助测量造成的随机性误差、待测曲面的放置精度等诸多因素使得曲面膜厚分布测量困难重重。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种一种能够提高待测表面放置精度、避免人为造成的随机误差的基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置。

2、为了实现上述目的，本发明的基本思路是：将便携式光学膜厚仪固定在小支架上，小支架上有螺纹孔，与大支架通过螺栓进行连接，能够通过调节该螺栓在螺纹孔中的位置实现便携式光学膜厚仪与样品距离的调节。当所测样品为半球时，刻度盘水平中心线对齐样品载物支架平面，实现半球样品与刻度盘同心，从而实现膜厚仪的入射光线始终垂直于所测样品。当所测样品不为半球为其他球面时，可调载物台有螺纹，底座有螺纹孔，可以调节可调载物台的螺纹在螺纹孔中的位置，使所测样品始终与刻度盘同心。步进电机固定在大支架上与齿轮相连，该齿轮与测量支架模块的弧形齿条啮合，当步进电机运动时，齿轮发生转动，大支架上的两个滑轮与测量支架模块的圆形滑轨咬合，在齿轮的机械运动下，从而实现大支架能够沿着测量支架模块的滑轨进行运动，实现样品的经线方向测量。测量支架模块与样品载物支架模块通过轴承进行过盈配合连接，测量支架模块能够以样品载物支架模块为中心轴进行360度的旋转，从而实现样品的纬线方向测量。与此同时，步进电机每转过一个步距角，就能测量一个样品点的膜厚，在刻度盘上即可读出其所在位置，实现精确测量。

3、本发明的具体方案如下：一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，包括样品载物支架模块、测量支架模块、膜厚仪和运动模块。

4、所述载物支架模块与测量支架模块通过轴承连接，所述膜厚仪安装在运动模块上，所述运动模块安装在与测量支架模块上、沿测量支架模块的圆形滑轨运动；

5、所述样品载物支架模块包括底座和可调载物台，所述底座与可调载物台通过螺纹连接，所述可调载物台通过螺纹旋转沿底座高度方向移动。

6、所述测量支架模块包括轴承和圆形滑轨，所述圆形滑轨的底部通过轴承与可调载物台的立柱连接，所述圆形滑轨的侧面设置刻度盘，圆形滑轨的外环面一侧设置弧形齿条。

7、所述运动模块包括大支架、螺栓、下滑轮、上滑轮、齿轮、步进电机和小支架，所述小支架上安装膜厚仪，所述小支架通过螺栓安装在大支架上，通过调节螺栓在螺纹孔中的距离调节膜厚仪与样品之间的距离。所述齿轮与测量支架模块的弧形齿条啮合，所述下滑轮与测量支架模块的圆形滑轨内表面滑动连接、上滑轮与测量支架模块的圆形滑轨外表面滑动连接，所述运动模块与测量支架模块构成运动副。

8、进一步地，所述膜厚仪为便携式膜厚仪。

9、进一步地，所述弧形齿条、刻度盘与圆形滑轨为一体式结构。

10、进一步地，所述弧形齿条的弧度为1.5π，沿垂直中心线左右对称。

11、进一步地，所述可调载物台包括载物板和立柱，所述载物板固定在立柱的上端。

12、进一步地，所述基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置的工作方法，包括以下步骤：

13、a、将所测样品放到可调载物台上。

14、b、若所测样品为半球时，调节可调载物台高度，使刻度盘水平中心线对齐可调载物台平面。若所测样品为非半球时，确定所测样品的中心位置，调节可调载物台的高度，使所测样品的圆心与刻度盘圆心重合。

15、c、调节小支架与大支架之间连接的螺栓，调节膜厚仪与样品之间的距离，直到测出数据。

16、d、如果是单点测量，则转步骤e；如果是连续扫描测量，则转步骤f。

17、e、启动步进电机，转动测量支架模块，打开膜厚仪，使膜厚仪的入射光线照射在所测样品点，结束。

18、f、启动步进电机，打开膜厚仪，转动测量支架模块，测量支架模块以底座的立柱为转轴进行360°转动，完成第一次纬线方向测量。

19、f1、启动步进电机，使步进电机旋转最小步进角，再转动测量支架模块，测量支架模块以底座的立柱为转轴进行360°转动，完成一次纬线方向测量。

20、f2、如果样品整个曲面未完成测量，则转步骤f1；否则，结束。

21、进一步地，若测量样品为椭圆形曲面，将刻度盘换成椭圆型刻度盘。

22、进一步地，所述膜厚仪中心横截面与可调载物台中心横截面共面。

23、进一步地，每次测量时，首先确定所测样品的中心位置，计算出圆心位置与刻度盘圆心的垂直距离，根据可调载物台的螺距算出相应所拧的圈数进行高度调节。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

25、1.本发明在测量曲面薄膜膜厚中，膜厚仪随着大支架沿着弧形齿条进行运动，从而完成经线方向的测量。测量支架模块能以可调载物台的立柱为转轴进行旋转，从而完成纬线方向测量。因此本发明能够实现经线方向和纬线方向同时测量，从而能够实现整个样品的扫描。

26、2.本发明灵活性较高，只需调节载物支架模块，使所测样品始终与刻度盘同心，能够实现不同曲率半径的任何形状的半圆型样品膜厚测量，若将测量支架模块换成椭圆或其他形状，也可测量相应形状曲面的样品。

27、3.本发明在测量经线方向膜厚时，通过步进电机进行控制，能够实现测量自动化。与此同时，步进电机每转过一个步距角，就能测出一个样品点膜厚，刻度盘的示数即为该点的位置，不必通过在样品表面进行标注，避免了对样品的破坏，也保证了测量精度。

28、4.本发明结构简单可靠，成本低，能够以较小成本实现完整的曲面测量

技术特征：

1.一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：包括样品载物支架模块(1)、测量支架模块(2)、膜厚仪(3)和运动模块(4)；

2.根据权利要求1所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述膜厚仪(3)为便携式膜厚仪。

3.根据权利要求1所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述弧形齿条(23)、刻度盘(22)与圆形滑轨(24)为一体式结构。

4.根据权利要求1所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述弧形齿条(23)的弧度为1.5π，沿垂直中心线左右对称。

5.根据权利要求1所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述可调载物台(12)包括载物板和立柱，所述载物板固定在立柱的上端。

6.根据权利要求1所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置的工作方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：若测量样品为椭圆形曲面，将刻度盘(22)换成椭圆型刻度盘(22)。

8.根据权利要求6所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：所述膜厚仪(3)中心横截面与可调载物台(12)中心横截面共面。

9.根据权利要求6所述一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，其特征在于：每次测量时，首先确定所测样品的中心位置，计算出圆心位置与刻度盘(22)圆心的垂直距离，根据可调载物台(12)的螺距算出相应所拧的圈数进行高度调节。

技术总结
本发明公开了一种基于便携式光学膜厚仪的曲面薄膜膜厚测量装置，包括样品载物支架模块、测量支架模块、膜厚仪和运动模块。所述载物支架模块与测量支架模块通过轴承连接，所述膜厚仪安装在运动模块上，所述运动模块安装在与测量支架模块上、沿测量支架模块的圆形滑轨运动。本发明在测量曲面薄膜膜厚中，膜厚仪随着大支架沿着弧形齿条进行运动，从而完成经线方向的测量。测量支架模块能以可调载物台的立柱为转轴进行旋转，从而完成纬线方向测量。因此本发明能够实现经线方向和纬线方向同时测量，从而能够实现整个样品的扫描。本发明灵活性较高，能够实现不同曲率半径的任何形状的半圆型样品膜厚测量。

技术研发人员：周平,李涵,闫英,张宏福,方子铿,李承航,刘秋雨
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26