薄膜干涉膜厚仪的精度

本文温所研究的锗膜厚度约300nm，导致其白光干涉输出光谱只有一个干涉峰，此时常规基于相邻干涉峰间距解调的方案（如峰峰值法等）将不再适用。为此，我们提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计搭建了膜厚测量系统。温度测量实验结果表明，峰值波长与温度变化之间具有良好的线性关系。利用该测量方案，我们测得实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要来自于温度控制误差和光源波长漂移。通过对纳米级薄膜厚度的测量方案研究，实现了对锗膜和金膜的厚度测量。本文主要的创新点是提出了白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。薄膜干涉膜厚仪的精度

白光干涉法和激光光源相比具有短相干长度的特点，使得两束光只有在光程差非常小的情况下才能发生干涉，因此不会产生干扰条纹。同时，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。本文基于白光干涉原理对单层透明薄膜厚度测量进行了研究，特别是对厚度小于光源相干长度的薄膜进行了探究。文章首先详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理，然后在金相显微镜的基础上构建了一种型垂直白光扫描系统，作为实验中测试薄膜厚度的仪器，并利用白光干涉原理对位移量进行了标定。 国产膜厚仪定做操作之前需要专业技能和经验的培训和实践。

薄膜是一种特殊的微结构，在电子学、摩擦学、现代光学等领域得到了广泛应用，因此薄膜的测试技术变得越来越重要。尤其是在厚度这一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微观可测量的。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要且实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接影响薄膜是否能正常工作。在半导体工业中，膜厚的测量是硅单晶体表面热氧化厚度以及平整度质量控制的重要手段。薄膜的厚度会影响其电磁性能、力学性能和光学性能等，因此准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。

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。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。

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相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。将各测量特点总结所示，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，椭圆偏振法结果更加可靠。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。白光干涉膜厚仪需要进行校准，并选择合适的标准样品。国产膜厚仪定做

白光干涉膜厚仪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。薄膜干涉膜厚仪的精度

光学测厚方法集光学、机械、电子、计算机图像处理技术为一体，以其光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。同时，光学测厚作为非接触式的测量方法，被广泛应用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。其中，薄膜厚度光学测量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光学原理可分为椭圆偏振法、分光光度法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法，其适用范围各有侧重，褒贬不一。因此结合多种测量方法的多通道式复合测量法也有研究，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。薄膜干涉膜厚仪的精度