测量膜厚仪的用途和特点

本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法来实现纳米级薄膜厚度的准确测量，研究对象为半导体锗和贵金属金两种材料。由于不同材料薄膜的特性差异，所适用的测量方法也会有所不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，由于其折射率为复数，且具有表面等离子体效应，所以采用基于表面等离子体共振的测量方法会更合适。为了进一步提高测量精度，本文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段来检测P光与S光之间的相位差，以提高厚度测量的精度。白光干涉膜厚仪需要校准。测量膜厚仪的用途和特点

干涉测量法是一种基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法，是一种高精度的测量技术，其采用光学干涉原理的测量系统具有结构简单、成本低廉、稳定性高、抗干扰能力强、使用范围广等优点。对于大多数干涉测量任务，都是通过分析薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律，来研究待测物理量引入的光程差或位相差的变化，从而实现测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10^-3 nm量级。根据所使用的光源不同，干涉测量方法可分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高，但不能实现对静态信号的测量，只能测量输出信号的变化量或连续信号的变化，即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量，是一种测量方式，在薄膜厚度测量中得到了广泛的应用。测量膜厚仪的用途和特点白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量；

白光干涉测量技术，也被称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，例如发光二极管、超辐射发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样，白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化，进而通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值，从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量，克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时，相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前，经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、应变、温度、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。

白光扫描干涉法能免除色光相移干涉术测量的局限性。白光扫描干涉法采用白光作为光源，白光作为一种宽光谱的光源，相干长度较短，因此发生干涉的位置只能在很小的空间范围内。而且在白光干涉时，有一个确切的零点位置。当测量光和参考光的光程相等时，所有波段的光都会发生相长干涉，这时就能观测到有一个很明亮的零级条纹，同时干涉信号也出现最大值，通过分析这个干涉信号，就能得到表面上对应数据点的相对高度，从而得到被测物体的几何形貌。白光扫描干涉术是通过测量干涉条纹来完成的，而干涉条纹的清晰度直接影响测试精度。因此，为了提高精度，就需要更为复杂的光学系统，这使得条纹的测量变成一项费力又费时的工作。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，其性能和功能会得到提高和扩展。

极值法求解过程计算简单，快速，同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，以至于精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm，以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率（通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立评价函数，当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时，我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。光干涉膜厚仪信赖推荐

这种膜厚仪可以测量大气压下，1nm到1mm范围内的薄膜厚度。测量膜厚仪的用途和特点

针对微米级工业薄膜厚度测量 ，研究了基于宽光谱干涉的反射式法测量方法。根据薄膜干涉及光谱共聚焦原理 ，综合考虑成本、稳定性、体积等因素要求，研制了满足工业应用的小型薄膜厚度测量系统。根据波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型，结合经典模态分解和非均匀傅里叶变换思想，提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法，能有效利用全光谱数据准确提取相位变化，对由环境噪声带来的假频干扰，具有很好的抗干扰性。通过对PVC标准厚度片，PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验对系统性能进行了验证，结果表明测厚系统具有1~75μm厚度的测量量程，μm.的测量不确定度。由于无需对焦，可在10ms内完成单次测量，满足工业级测量高效便捷的应用要求。测量膜厚仪的用途和特点