由于不同性质和形态的薄膜对测量量程和精度的需求不相同,因此多种测量方法各有优缺点,难以笼统评估。测量特点总结如表1-1所示,针对薄膜厚度不同,适用的测量方法分别为椭圆偏振法、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为适用;而对于小于200nm的薄膜,椭圆偏振法结果更可靠,因为透过率曲线缺少峰谷值。光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或半透明薄膜。通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样,可以得到待测薄膜厚度。本章详细研究了白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性,并得出了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,提出了一种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校准。怎样选择膜厚仪
自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来,人们开始在理论和实验上进行探讨和研究。结果表明,动态的光谱位移可以产生新的滤波器,可应用于光学信号处理和加密领域。本文提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案,可应用于当两光程差非常小导致干涉光谱只有一个干涉峰的信号解调,实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中,当干涉光程差超过光源相干长度时,仍然可以观察到干涉条纹。这种现象是因为白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加,每一列单色光的相干长度都是无限的。当使用光谱仪接收干涉光谱时,由于光谱仪光栅的分光作用,宽光谱的白光变成了窄带光谱,导致相干长度发生变化。品牌膜厚仪产品原理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。
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劣,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分光光度法、椭圆偏振法、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。
目前,常用的显微干涉方式主要有Mirau和Michelson两种方式。Mirau型显微干涉结构中,物镜和被测样品之间有两块平板,一块涂覆高反射膜的平板作为参考镜,另一块涂覆半透半反射膜的平板作为分光棱镜。由于参考镜位于物镜和被测样品之间,物镜外壳更加紧凑,工作距离相对较短,倍率一般为10-50倍。Mirau显微干涉物镜的参考端使用与测量端相同的显微物镜,因此不存在额外的光程差,因此是常用的显微干涉测量方法之一。Mirau显微干涉结构中,参考镜位于物镜和被测样品之间,且物镜外壳更加紧凑,工作距离相对较短,倍率一般为10-50倍。Mirau显微干涉物镜的参考端使用与测量端相同的显微物镜,因此不存在额外的光程差,同时该结构具有高分辨率和高灵敏度等特点,适用于微小样品的测量。因此,在生物医学、半导体工业等领域得到广泛应用。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。
白光干涉在零光程差处,出现零级干涉条纹(在零级处,各波长光的干涉亮条纹都重合,因而零级条纹呈白色),随着光程差的增加,光源谱宽范围内的每条谱线各自形成的干涉条纹之间互有偏移,叠加的整体效果使条纹对比度下降。测量精度高,可以实现测量,采用白光干涉原理的测量系统的抗干扰能力强,动态范围大,具有快速检测和结构紧凑等优点。普通的激光干涉与白光干涉之间虽然有差别,但也有很多的共同之处。可以说,白光干涉实际上就是将白光看作一系列理想的单色光在时域上的相干叠加,在频域上观察到的就是不同波长对应的干涉光强变化曲线。操作之前需要专业技能和经验的培训和实践。品牌膜厚仪产品原理
精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。怎样选择膜厚仪
折射率分别为1.45和1.62的2块玻璃板,使其一端相接触,形成67的尖劈.将波长为550nm的单色光垂直投射在劈上,并在上方观察劈的干涉条纹,试求条纹间距。
我们可以分2种可能的情况来讨论:
一般玻璃的厚度可估计为1mm的量级,这个量级相对于光的波长550nm而言,应该算是膜厚e远远大于波长^的厚玻璃了,所以光线通过上玻璃板时应该无干涉现象,同理光线通过下玻璃板时也无干涉现象.空气膜厚度因劈角很小而很薄,与波长可比拟,所以光线通过空气膜应该有干涉现象,在空气膜的下表面处有一半波损失,故光程差应该为2n2e+λ/2.
(2)假设玻璃板厚度的量级与可见光波长量级可比拟,当单色光垂直投射在劈尖上时,上玻璃板能满足形成薄膜干涉的条件,其光程差为2n2e+λ/2,下玻璃板也能满足形成薄膜于涉的条件,光程差为2n1h+λ/2,但由于玻璃板膜厚均匀,h不变,人射角i=俨也不变,故玻璃板形成的薄膜干涉为等倾又等厚干涉条纹,要么玻璃板全亮,要么全暗,它不会影响空气劈尖干涉条纹的位置和条纹间距。空气劈尖干涉光程差仍为2n2e+λ/2,但玻璃板会影响劈尖干涉条纹的亮度对比度. 怎样选择膜厚仪