高采样速率膜厚仪按需定制

微纳制造技术的发展推动着检测技术向微纳领域进军，微结构和薄膜结构作为微纳器件中的重要组成部分，在半导体、医学、航天航空、现代制造等领域得到了广泛的应用，由于其微小和精细的特征，传统检测方法不能满足要求。白光干涉法具有非接触、无损伤、高精度等特点，被广泛应用在微纳检测领域，另外光谱测量具有高效率、测量速度快的优点。因此，本文提出了白光干涉光谱测量方法并搭建了测量系统。和传统白光扫描干涉方法相比，其特点是具有较强的环境噪声抵御能力，并且测量速度较快。白光干涉膜厚测量技术可以应用于材料科学中的薄膜微结构分析。高采样速率膜厚仪按需定制

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考面和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。唐山小型膜厚仪白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的各项光学参数进行联合测量和分析。

论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，论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，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。

光谱拟合法易于测量具有应用领域，由于使用了迭代算法，因此该方法的优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着各种全局优化算法的引入，遗传算法和模拟退火算法等新算法被用于薄膜参数的测量。其缺点是不够实用，该方法需要一个较好的薄膜的光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统)，但是在实际测试过程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不准确，尤其是对于多层膜体系，建立光学模型非常困难，无法用公式准确地表示出来。在实际应用中只能使用简化模型，因此，通常全光谱拟合法不如极值法有效。另外该方法的计算速度慢也不能满足快速计算的要求。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。

干涉测量法[9-10]是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。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单，成本低廉，稳定性好，抗干扰能力强，使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务，都是通过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，来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化，从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，而利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10-3nm量级[11]。根据所使用光源的不同，干涉测量方法又可以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，但是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者是连续信号的变化，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，在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以对不同材料的薄膜进行联合测量和分析。常用膜厚仪行业应用

白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进。高采样速率膜厚仪按需定制

白光光谱法克服了干涉级次的模糊识别问题，具有动态测量范围大，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以下校正流程图，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。高采样速率膜厚仪按需定制