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。膜厚仪依赖于膜层和底部材料的反射率和相位差来实现这一目的。国产膜厚仪产品基本性能要求
与激光光源相比以白光的宽光谱光源由于具有短相干长度的特点使得两光束只有在光程差极小的情况下才能发生干涉因此不会产生干扰条纹。同时由于白光干涉产生的干涉条纹具有明显的零光程差位置避免了干涉级次不确定的问题。本文以白光干涉原理为理论基础对单层透明薄膜厚度测量尤其对厚度小于光源相干长度的薄膜厚度测量进行了研究。首先从白光干涉测量薄膜厚度的原理出发、分别详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理。接着在金相显微镜的基础上构建了垂直型白光扫描系统作为实验中测试薄膜厚度的仪器并利用白光干涉原理对的位移量进行了标定。国产膜厚仪产品基本性能要求白光干涉膜厚仪需要进行校准,并选择合适的标准样品。
在纳米级薄膜的各项相关参数中,薄膜材料的厚度是薄膜设计和制备过程中重要的参量之一,具有决定薄膜性质和性能的基本作用。然而,由于其极小尺寸及突出的表面效应,使得对纳米级薄膜的厚度准确测量变得困难。经过众多科研技术人员的探索和研究,新的薄膜厚度测量理论和测量技术不断涌现,测量方法从手动到自动、有损到无损不断得到实现。对于不同性质薄膜,其适用的厚度测量方案也不相同。针对纳米级薄膜,应用光学原理的测量技术。相比其他方法,光学测量方法具有精度高、速度快、无损测量等优势,成为主要检测手段。其中代表性的测量方法有椭圆偏振法、干涉法、光谱法、棱镜耦合法等。
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。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。
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。操作需要一定的专业基础和经验,需要进行充分的培训和实践。微米级膜厚仪位移计
可配合不同的软件进行数据处理和分析,如建立数据库、统计数据等。国产膜厚仪产品基本性能要求
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。国产膜厚仪产品基本性能要求