膜厚仪技术

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。白光干涉膜厚仪是用于测量薄膜厚度的一种仪器，可用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。膜厚仪技术

针对靶丸自身独特的特点及极端实验条件需求，使得靶丸参数的测试工作变得异常复杂。如何精确地测定靶丸的光学参数，一直是激光聚变研究者非常关注的课题。由于光学测量方法具有无损、非接触、测量效率高、操作简便等优越性，靶丸参数测量通常采用光学测量方式。常用的光学参数测量手段很多，目前，常用于测量靶丸几何参数或光学参数的测量方法有白光干涉法、光学显微干涉法、激光差动共焦法等。靶丸壳层折射率是冲击波分时调控实验研究中的重要参数，因此，精密测量靶丸壳层折射率十分有意义。而常用的折射率测量方法，如椭圆偏振法、折射率匹配法、白光光谱法、布儒斯特角法等。薄膜膜厚仪设备高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。

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。

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。可以配合不同的软件进行分析和数据处理，例如建立数据库、统计数据等。

根据以上分析，白光干涉时域解调方案的优点如下：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动、光源波长的漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，因此扫描装置的分辨率会影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般在几个微米，要达到亚微米的分辨率则主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性所限制。文献[46]报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54微米。然而，当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到了限制。白光干涉膜厚仪的工作原理是基于膜层与底材的反射率及其相位差，通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。白光干涉膜厚仪应用

在半导体、光学、电子、化学等领域广泛应用，有助于研究和开发新产品。膜厚仪技术

傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法，起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快，受干扰信号影响较小，但精度不高。根据数字信号处理FFT理论，若输入光源波长范围为[λ1,λ2]，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2-λ1)，因此该方法主要应用于解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号，接着进行逆傅里叶变换、对数运算，之后取其虚部进行相位反包裹运算，从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明，该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。膜厚仪技术