光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告

光学干涉式薄膜测厚仪校准

实验报告

《光学干涉式薄膜测厚仪校准规范》

实验报告

一.实验目的

光学干涉式薄膜测厚仪在薄膜厚度测量上具有非接触、多材料、安全性高等优点，在薄膜材料制造及应用等领域中具有广泛的应用。规范制定小组在参考相关生产厂家的技术说明的基础上，为了确认本规范的计量性能指标和校准方法是否合理，针对校准规范上确定的计量特性及校准项目，对哈尔滨工程大学的自研仪器，白光干涉式薄膜厚度测量仪进行实验。以下实验是在实验室环境和仪器状况都符合要求的基础上进行的。

二.实验地点与环境情况

地点：哈尔滨工程大学理学楼光学实验室；温度：20±2℃；湿度：55%RH。

三.实验用标准器

四.实验方法与数据记录

1.厚度测量重复性校准方法及实验记录

（1）校准方法

在仪器的有效测量范围内，选取一个厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，重复测量厚度标准片10次，记录仪器输出结果d i，按公式

（1）计算该组实验标准偏差s：

s=√1

n−1∑(d i−d)2

n

i=1

（1）

式中：d i--第i次测量的仪器示值，μm；

d--10次测量的算术平均值，μm；

n--测量次数，n=10。

根据公式（2）计算仪器厚度相对测量重复性s rel：

s rel=s

d̅

×100%（2）光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。（2）实验数据记录与处理

根据上述的厚度测量重复性校准方法，对标称值为31.46μm厚度标准片的厚度重复10次的测量结果如表1所示。

通过表1的结果可以看出，标称值为31.46μm的厚度标准片测量相对重复

性为0.11%。满足校准规范征求意见稿中相关参数要求。

2.厚度测量示值稳定性校准方法及实验记录

（1）校准方法

选取1块厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，对其厚度进行测量，在1h内，每隔15min测量1组并记录仪器读数，每组测量5次，取其平均值作为该组测量结果，共测量5组，5组结果中最大最小差值除以厚度标准片的实际厚度值的百分数作为仪器的相对示值稳定性。

光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。（2）实验数据记录与处理

本实验报告以标称值为31.46μm的厚度标准片测量说明仪器厚度测量示值稳定性的评价过程。实验数据记录如表2所示。

表2：光学干涉式薄膜测厚仪厚度测量示值稳定性评价实验数据记录

通过表2的结果可以看出，以标称值为31.46μm的厚度标准片的测量对仪器的相对示值稳定性评价的结果为0.2%。满足校准规范征求意见稿中参数要求。

3.厚度测量示值误差校准方法及实验记录

（1）校准方法

按照仪器的实际应用范围，均匀的选取3个测量值，在每一测量值附近选取厚度标准片，分别对每个厚度标准片重复测量3次并记录仪器的示数值，计算算术平均值d i̅作为该厚度标准片的测量结果，各标准片的测量结果与该标准片的标称值D i的差值即为每个样品的厚度测量示值误差δi，按照公式（3）计算：

δi=d i̅−D i（3）式中：d i̅--第i个标准片测量时仪器示数平均值；

D i--第i个标准片的标称值。

根据公式（4）计算每个样品的厚度测量相对示值误差r(δi)：

×100%（4）

r(δi)=d i̅̅̅−D i

D i

光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。

（2）实验数据记录与处理

本实验报告以标称值为10.56μm、24.60μm和31.46μm的厚度标准片测量说明仪器厚度测量示值误差的评价过程。实验数据记录如表3所示。

通过表3的结果可以看出，以标称值为10.56μm、24.60μm和31.46μm的厚度标准片对仪器的相对示值误差评价的结果分别为0.47%，1.12%和0.32%。上述测量点均满足校准规范中征求意见稿参数要求。

五.实验结论

通过上述实验可知，校准规范征求意见稿确定的校准方法和计量特性可以满足对光学干涉式薄膜测厚仪的校准要求。