薄膜膜厚仪

在激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中，靶丸壳层折射率、厚度以及其分布参数是非常关键的参数。因此，实现对靶丸壳层折射率、厚度及其分布的精密测量对精密ICF物理实验研究非常重要。由于靶丸尺寸微小、结构特殊、测量精度要求高，因此如何实现对靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中的重要内容。本文针对这一需求，开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术研究。精确测量靶丸壳层折射率、厚度及其分布是激光惯性约束聚变中至关重要的，对于ICF物理实验的研究至关重要。由于靶丸特殊的结构和微小的尺寸，以及测量的高精度要求，如何实现靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中的重要目标。本文就此需求开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术的研究。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学涂层中的薄膜反射率测量。薄膜膜厚仪

白光光谱法克服了干涉级次的模糊识别问题，具有测量范围大，连续测量时波动范围小的特点，但在实际测量中，由于测量误差、仪器误差、拟合误差等因素，干涉级次的测量精度仍其受影响，会出现干扰级次的误判和干扰级次的跳变现象。导致公式计算得到的干扰级次m值与实际谱峰干涉级次m'(整数)之间有误差。为得到准确的干涉级次，本文依据干涉级次的连续特性设计了校正流程图，获得了靶丸壳层光学厚度的精确值。导入白光干涉光谱测量曲线。白光干涉膜厚仪的精度白光干涉膜厚测量技术可以应用于纳米制造中的薄膜厚度测量。

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉，建立靶丸的垂直扫描干涉装置，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，存在误差，穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。

本文温所研究的锗膜厚度约300nm，导致其白光干涉输出光谱只有一个干涉峰，此时常规基于相邻干涉峰间距解调的方案（如峰峰值法等）将不再适用。为此，我们提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计搭建了膜厚测量系统。温度测量实验结果表明，峰值波长与温度变化之间具有良好的线性关系。利用该测量方案，我们测得实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要来自于温度控制误差和光源波长漂移。通过对纳米级薄膜厚度的测量方案研究，实现了对锗膜和金膜的厚度测量。本文主要的创新点是提出了白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。白光干涉膜厚仪需要进行校准，并选择合适的标准样品。

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。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学薄膜设计中的薄膜参数测量。白光干涉膜厚仪信赖推荐

通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。薄膜膜厚仪

由于不同性质和形态的薄膜对测量量程和精度的需求不相同，因此多种测量方法各有优缺点，难以笼统评估。测量特点总结如表1-1所示，针对薄膜厚度不同，适用的测量方法分别为椭圆偏振法、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为适用；而对于小于200nm的薄膜，椭圆偏振法结果更可靠，因为透过率曲线缺少峰谷值。光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或半透明薄膜。通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样，可以得到待测薄膜厚度。本章详细研究了白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性，并得出了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，提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。薄膜膜厚仪