基于表面等离子体共振传感的测量方案,利用共振曲线的三个特征参量半高宽、—共振角和反射率小值,通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度,操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统,测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线,由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案,测量精度受环境影响较大,且测量结果存在多值性的问题,所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析,根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。Michelson干涉仪的光路长度是影响仪器精度的重要因素。微米级膜厚仪使用误区
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。膜厚仪招商加盟工作原理是基于膜层与底材反射率及相位差,通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。
极值法求解过程计算简单,快速,同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,以至于精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm,以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率(通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立评价函数,当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时,我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。
光具有传播的特性,不同波列在相遇的区域,振动将相互叠加,是各列光波独自在该点所引起的振动矢量和。两束光要发生干涉,应必须满足三个相干条件,即:频率一致、振动方向一致、相位差恒定。发生干涉的两束光在一些地方振动加强,而在另一些地方振动减弱,产生规则的明暗交替变化。任何干涉测量都是完全建立在这种光波典型特性上的。下图分别表示干涉相长和干涉相消的合振幅。与激光光源相比,白光光源的相干长度在几微米到几十微米内,通常都很短,更为重要的是,白光光源产生的干涉条纹具有一个典型的特征:即条纹有一个固定不变的位置,该固定位置对应于光程差为零的平衡位置,并在该位置白光输出光强度具有最大值,并通过探测该光强最大值,可实现样品表面位移的精密测量。此外,白光光源具有系统抗干扰能力强、稳定性好且动态范围大、结构简单,成本低廉等优点。因此,白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等基于白光干涉的光学测量技术在薄膜三维形貌测量、薄膜厚度精密测量等领域得以广泛应用。光路长度越长,仪器分辨率越高,但也越容易受到干扰因素的影响,需要采取降噪措施。
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。膜厚仪的干涉测量能力较高,可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。小型膜厚仪产品原理
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。微米级膜厚仪使用误区
光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术,以光波长为测量基准,从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法,因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法,可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此,有一些研究采用了多通道式复合测量法,结合多种测量方法,例如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法,彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。微米级膜厚仪使用误区