相移干涉显微镜的研制和光盘预刻槽形的测量

　　1　引言

　　在光盘信息读出时,其信息轨迹会因光盘的高速转动而作径向跳动,为此需要有优良的轨迹跟踪系统。轨迹的跟踪精度直接受到预刻槽诸多参数的影响。以前由于缺乏有效的槽形测量手段,槽形对跟踪伺服信号影响的分析都是基于理论计算得出的,缺乏可信度。因此,有关人员一直在不断地探求有效的槽形测量手段[1,2]。目前光盘预刻槽宽尺度已减小到0.5μm,这就要求检测系统具有亚微米级的横向分辨能力。传统的光学显微镜一般无法满足槽宽小于1μm的槽形测量。利用扫描电镜来对光盘作测试时,需要有真空环境和专门的样品制备,且不能得到预刻槽的结构参数。近期发展的扫描探针类显微镜,在各个领域尤其是表面科学领域得到了广泛运用,应该说是一种较为理想的预刻槽形检测手段,但它同时也存在着价格昂贵、测试条件苛刻、成像速度低、成像范围小以及图像解释可能存在不一致性等缺陷。所有这些都将迫使研究转向超高分辨光学测试系统。本文采用Mirau型相干涉显微镜来对光盘预刻槽形作测量。在该系统的研制中,针对一些具体困难和矛盾,同时考虑到光盘预刻槽形这个测试对象的具体要求,在以前工作的基础上[3~5],对干涉仪布局和参考板结构、以及位相扫描探测技术中的有关算法都作了改进,从而成功地解决了光盘预刻槽形的测量问题。

　　2　干涉仪布局和参考结构

　　常规的Mirau型相移干涉显微镜[6],其干涉仪布局如图1所示,它由参考板、分光板和待测样品组成。参考板一般为光学元件,其上表面中心区域镀有反射膜,以此作为参考面。从干涉仪的布局中可以看出,参考板上下表面的粗糙度状况和板本身的光学均匀性及厚度均匀性均直接影响着干涉图的形成,因此要求其双面超光滑,并具有高度均匀的光学厚度分布。另一方面,由于干涉仪纵向尺度受到显微物镜工作距离的限制,参考板又必须满足超薄要求。同时对光学元件提出超薄和超光滑要求,这在光学冷加工中是一大难题。再者,参考板的反射膜表面还需解决防腐蚀问题,尤其是镀软膜情形。腐蚀问题不仅导致参考面质量的下降,而且还导致参考面反射率的降低,进而引起干涉光强的失配。此外,参考面对干涉仪入射光的直接反射,会在干涉场中形成强背景,必须设法加以遮挡。鉴于上述原因和实际研制的可行性,作者对干涉仪布局作了一定的修改,并推出参考板制作新方案。参见图2,干涉仪由参考板、分光板、补偿板和待测样品组成。参考板由超光滑硅片置于支撑板的中心位置而构成。在该布局中增加了补偿板以保证零程干涉,并使用了光胶法将分光板与补偿板结合在一起。