薄膜干涉膜厚仪的精度

时间:2024年04月04日 来源:

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。


该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,基于反射率和相位差。薄膜干涉膜厚仪的精度

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针对微米级工业薄膜厚度测量,开发了一种基于宽光谱干涉的反射式法测量方法,并研制了适用于工业应用的小型薄膜厚度测量系统,考虑了成本、稳定性、体积等因素要求。该系统结合了薄膜干涉和光谱共聚焦原理,采用波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型,利用经典模态分解和非均匀傅里叶变换的思想,提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法。该算法能够有效利用全光谱数据准确提取相位变化,抗干扰能力强,能够排除环境噪声等假频干扰。经过对PVC标准厚度片、PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验验证,结果表明该测厚系统具有1~75微米厚度的测量量程和微米级的测量不确定度,而且无需对焦,可以在10ms内完成单次测量,满足工业级测量需要的高效便捷的应用要求。原装膜厚仪白光干涉膜厚仪是一种可用于测量透明和平行表面薄膜厚度的仪器。

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薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…,当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n.的介质入射到折射率为n:、厚度为e的介质膜面(见图1)时,干涉明、暗纹条件为:

2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=kλ,k=1,2,3,4,5...(1)

2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=(2k+1)λ/2,k=0,1,2,3,4...(2)

E式中k为干涉条纹级次;δ’为半波损失.

普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时,均近似地认为,δ’是指入射光波在光疏介质中前进,遇到光密介质i的界面时,在不超过临界角的条件下,不论人射角的大小如何,在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说, 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反),故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定,而入射角j可变时,干涉条纹级次^随f而变,即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹),叫等倾干涉,如以不同的入射角入射到平板介质上.当入射角£一定,而膜厚。可变时,干涉条纹级次随。而变,即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉,如劈尖干涉和牛顿环.

白光干涉测量技术,也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,如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样,白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化,并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。因此,中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考,只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量,克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时,相对于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。经过几十年的研究与发展,白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等领域已得到广泛应用。白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量;

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白光反射光谱探测模块中,入射光经过分光镜1分光后,一部分光照射到靶丸表面,靶丸壳层上、下表面的反射光经物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后,一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器,实现了靶丸壳层白光干涉光谱的测量。另一部分光到达CCD探测器,获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的转位和靶丸位置的调整。在测量过程中,将靶丸放置于轴系吸嘴前端,通过微型真空泵将其吸附于吸嘴上;然后,移动位移平台,将靶丸移动至CCD视场中心,Z向位移台可调整视场清晰度;利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱;靶丸在轴系的带动下,平稳转动到特定角度,为消除轴系回转误差所带来的误差,可通过调整调心结构,使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱。重复以上步骤,可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动所引起的测量误差,该装置放置于气浮平台上,通过高性能的隔振效果,保证了测量结果的稳定性。当光路长度增加,仪器的分辨率越高,也越容易受到静态振动等干扰因素的影响,需采取一些减小噪声的措施。防水膜厚仪行情

精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。薄膜干涉膜厚仪的精度

针对现有技术的不足,提供一种基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置。该装置包括白光光源、显微镜、分束镜、干涉物镜、光纤传输单元、准直器、光谱仪、USB传输线、计算机。光谱仪主要包括六部分,分别是:光纤入口、准直镜、光栅、聚焦镜、区域检测器、带OFLV滤波器的探测器。测量具体步骤为:白光光源发出白光,经由光纤,通过光纤探头垂直入射至晶圆表面,样品薄膜上表面和下表面反射光相干涉形成的干涉谱,由反射光纤探头接收,再由光纤传送到光谱仪,光谱仪连续记录反射信号,通过USB线将测量数据传输到电脑。可以实现对晶圆膜厚的无损测量,时间快、设备小巧、操作简单、精度高,适合实验室检测。薄膜干涉膜厚仪的精度

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