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薄膜膜厚仪的原理

来源: 发布时间:2024年02月22日

干涉法和分光光度法都是基于相干光形成等厚干涉条纹的原理来确定薄膜厚度和折射率。不同于薄膜自发产生的等倾干涉,干涉法是通过设置参考光路来形成参考平面和测量平面间干涉条纹,因此其相位信息包含两个部分,分别是由扫描高度引起的附加相位和由薄膜内部多次反射引起的膜厚相位。干涉法的测量光路使用面阵CCD接收参考平面和测量平面间相干波面的干涉光强分布。与以上三种点测量方式不同,干涉法能够一次性生成薄膜待测区域的表面形貌信息,但因存在大量轴向扫描和数据解算,完成单次测量的时间相对较长。随着技术的不断进步和应用领域的扩展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和拓展。薄膜膜厚仪的原理

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。本地膜厚仪源头直供厂家白光干涉膜厚仪是一种可用于测量薄膜厚度的仪器,适用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。

晶圆对于半导体器件至关重要,膜厚是影响晶圆物理性质的重要参数之一。通常对膜厚的测量有椭圆偏振法、探针法、光学法等,椭偏法设备昂贵,探针法又会损伤晶圆表面。利用光学原理进行精密测试,一直是计量和测试技术领域中的主要方法之一,在光学测量领域,基于干涉原理的测量系统已成为物理量检测中十分精确的系统之一。光的干涉计量与测试本质是以光波的波长作为单位来进行计量的,现代的干涉测试与计量技术已能达到一个波长的几百分之一的测量精度,干涉测量的更大特点是它具有更高的灵敏度(或分辨率)和精度,。而且绝大部分干涉测试都是非接触的,不会对被测件带来表面损伤和附加误差;测量对象较广,并不局限于金属或非金属;可以检测多参数,如:长度、宽度、直径、表面粗糙度、面积、角度等。

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。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升和扩展。

白光扫描干涉法可以避免色光相移干涉法测量的局限性。该方法利用白光作为光源,由于白光是一种宽光谱的光源,相干长度相对较短,因此发生干涉的位置范围很小。在白光干涉时,存在一个确定的零位置,当测量光和参考光的光程相等时,所有波长的光均会发生相长干涉,此时可以观察到一个明亮的零级条纹,同时干涉信号也达到最大值。通过分析这个干涉信号,可以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,需要更为复杂的光学系统,这使得条纹的测量变得费力费时。精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。国内膜厚仪品牌企业

光路长度越长,分辨率越高,但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。薄膜膜厚仪的原理

由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不尽相同,因而多种测量方法各有优缺,难以一概而论。按照薄膜厚度的增加,适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜,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适合。而对于小于200nm的薄膜,由于透过率曲线缺少峰谷值,椭圆偏振法结果更可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜,通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样,得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上,分析得到了常用的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,我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。薄膜膜厚仪的原理

标签: 光谱共焦