纳米级膜厚仪设备

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。白光干涉膜厚仪的应用非常广，特别是在半导体、光学、电子和化学等领域。纳米级膜厚仪设备

白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后，一部分光照射到靶丸表面，靶丸壳层上、下表面的反射光经物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后，一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器，实现了靶丸壳层白光干涉光谱的测量。另一部分光到达CCD探测器，获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的转位和靶丸位置的调整。在测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵将其吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，Z向位移台可调整视场清晰度；利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱；靶丸在轴系的带动下，平稳转动到特定角度，为消除轴系回转误差所带来的误差，可通过调整调心结构，使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱。重复以上步骤，可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动所引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果，保证了测量结果的稳定性。光干涉膜厚仪测量方法白光干涉膜厚仪需要进行校准，并选择合适的标准样品。

基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置，其特征在于：该装置包括白光光源、显微镜、分束镜、干涉物镜、光纤传输单元、准直器、光谱仪、USB传输线、计算机；光谱仪主要包括六部分，分别是：光纤入口、准直镜、光栅、聚焦镜、区域检测器、带OFLV滤波器的探测器；

光源发出的白光经准直镜扩束准直后成平行光，经分束镜射入Michelson干涉物镜，准直透镜将白光缩束准直后垂直照射到待测晶圆上，反射光之间相互发生干涉，经准直镜后干涉光强进入光纤耦合单元，完成干涉部分；

光纤传输的干涉信号进入光谱仪，计算机定时从光谱仪中采集光谱信号，获取诸如光强、反射率等信息，计算机对这些信息进行信号处理，滤除高频噪声信息，然后对光谱信息进行归一化处理，利用峰值对应的波长值，计算晶圆膜厚。

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。精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。

使用了迭代算法的光谱拟合法，其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着各种全局优化算法的引入，遗传算法和模拟退火算法等新算法被用于薄膜参数的测量。其缺点是不够实用，该方法需要一个较好的薄膜的光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统)，但是在实际测试过程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不准确，尤其是对于多层膜体系，建立光学模型非常困难，无法用公式准确地表示出来。在实际应用中只能使用简化模型，因此，通常全光谱拟合法不如极值法有效。另外该方法的计算速度慢也不能满足快速计算的要求。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。高速膜厚仪经销批发

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。纳米级膜厚仪设备

在初始相位为零的情况下，当被测光与参考光之间的光程差为零时，光强度将达到最大值。为探测两个光束之间的零光程差位置，需要精密Z轴向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动或移动载物台，垂直扫描过程中，用探测器记录下干涉光强，可得白光干涉信号强度与Z向扫描位置（两光束光程差）之间的变化曲线。干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化示意图，曲线中光强极大值位置即为零光程差位置，通过零过程差位置的精密定位，即可实现样品表面相对位移的精密测量；通过确定最大值对应的Z向位置可获得被测样品表面的三维高度。纳米级膜厚仪设备