国产膜厚仪常用知识

光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术，以光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法，因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法，可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此，有一些研究采用了多通道式复合测量法，结合多种测量方法，例如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。国产膜厚仪常用知识

由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。将各测量特点总结所示，按照薄膜厚度的增加，适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜，白光干涉轮廓仪的测量精度较低，分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜，由于透过率曲线缺少峰谷值，椭圆偏振法结果更加可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜，通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样，得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上，分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上，我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。微米级膜厚仪传感器精度膜厚仪的干涉测量能力较高，可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。

白光干涉时域解调方案通过机械扫描部件驱动干涉仪的反射镜移动，补偿光程差，实现对信号的解调。该系统的基本结构如图2-1所示。光纤白光干涉仪的两个输出臂分别作为参考臂和测量臂，用于将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量的变化而增加未知光程差，参考臂则通过移动反射镜来补偿测量臂所引入的光程差。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时，即两个干涉光束的光程相等时，将出现干涉极大值，观察到中心零级干涉条纹，这种现象与外界的干扰因素无关，因此可以利用它来获取待测物理量的值。会影响输出信号强度的因素包括：入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。虽然外界环境的扰动会影响输出信号的强度，但对于零级干涉条纹的位置并不会造成影响。

薄膜作为一种特殊的微结构，近年来在电子学、力学、现代光学得到了广泛的应用，薄膜的测试技术变得越来越重要。尤其是在厚度这一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微观可测量。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要而且很实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接关系到薄膜能否正常工作。在半导体工业中，膜厚的测量是硅单晶体表面热氧化厚度以及平整度质量控制的重要手段。薄膜的厚度影响薄膜的电磁性能、力学性能和光学性能等，所以准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的大范围测量和分析。

自上世纪60年代起，利用X及β射线、近红外光源开发的在线薄膜测厚系统广泛应用于西方先进国家的工业生产线中。到20世纪70年代后，为满足日益增长的质检需求，电涡流、电磁电容、超声波、晶体振荡等多种膜厚测量技术相继问世。90年代中期，随着离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、凝胶溶胶等新型薄膜制备技术取得巨大突破，以椭圆偏振法和光度法为展示的光学检测技术以高精度、低成本、轻便环保、高速稳固为研发方向不断迭代更新，迅速占领日用电器及工业生产市场，并发展出依据用户需求个性化定制产品的能力。其中，对于市场份额占比较大的微米级薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量准确度及分辨力以外，还要求测量系统在存在不规则环境干扰的工业现场下，具备较高的稳定性和抗干扰能力。标准样品的选择和使用对于保持仪器准确度至关重要。高速膜厚仪源头直供厂家

增加光路长度可以提高仪器分辨率，但同时也会更容易受到振动等干扰，需要采取降噪措施。国产膜厚仪常用知识

自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来，人们开始在理论和实验上进行探讨和研究。结果表明，动态的光谱位移可以产生新的滤波器，可应用于光学信号处理和加密领域。本文提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案，可应用于当两光程差非常小导致干涉光谱只有一个干涉峰的信号解调，实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中，当干涉光程差超过光源相干长度时，仍然可以观察到干涉条纹。这种现象是因为白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加，每一列单色光的相干长度都是无限的。当使用光谱仪接收干涉光谱时，由于光谱仪光栅的分光作用，宽光谱的白光变成了窄带光谱，导致相干长度发生变化。国产膜厚仪常用知识