膜厚仪技术指导

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—共振角、半高宽和反射率小值，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。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的在线检测和控制。膜厚仪技术指导

薄膜作为改善器件性能的重要途径，被广泛应用于现代光学 、电子 、医疗、能源、建材等技术领域。受薄膜制备工艺及生产环境影响，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等问题，导致其光学及物理性能达不到设计要求，严重影响成品的性能及应用。随着薄膜生产技术的迅速发展，准确测量和科学评价薄膜特性作为研究热点，也引起产业界的高度重视。厚度作为关键指标直接影响薄膜工作特性，合理监控薄膜厚度对于及时调整生产工艺参数、降低加工成本、提高生产效率及企业竞争力等具有重要作用和深远意义。然而，对于市场份额占比大的微米级工业薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量精度之外，还要求具备体积小、稳定性好的特点，以适应工业现场环境的在线检测需求。目前光学薄膜测厚方法仍无法兼顾高精度、轻小体积，以及合理的系统成本，而具备纳米级测量分辨力的商用薄膜测厚仪器往往价格昂贵、体积较大，且无法响应工业生产现场的在线测量需求。基于以上分析，本课题提出基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。研发的系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。本地膜厚仪供应链操作之前需要专 业技能和经验的培训和实践。

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。

薄膜是指分子 、原子或者是离子在基底表面沉积形成的一种特殊的二维材料。近几十年来，随着材料科学和镀膜工艺的不断发展，厚度在纳米量级（几纳米到几百纳米范围内）薄膜的研究和应用迅速增加。与体材料相比，因为纳米薄膜的尺寸很小，使得表面积与体积的比值增加，表面效应所表现出的性质非常突出，因而在光学性质和电学性质上有许多独特的表现。纳米薄膜应用于传统光学领域，在生产实践中也得到了越来越广泛的应用，尤其是在光通讯、光学测量，传感，微电子器件，生物与医学工程等领域的应用空间更为广阔。白光干涉膜厚仪需要进行校准，并选择合适的标准样品。

本文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发明显的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度控制；膜厚仪制作厂家

白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量；膜厚仪技术指导

微纳制造技术的发展推动着检测技术进入微纳领域，微结构和薄膜结构作为微纳器件的重要部分，在半导体、航天航空、医学、现代制造等领域得到了广泛应用。由于微小和精细的特征，传统的检测方法无法满足要求。白光干涉法被广泛应用于微纳检测领域，具有非接触、无损伤、高精度等特点。另外，光谱测量具有高效率和测量速度快的优点。因此，这篇文章提出了一种白光干涉光谱测量方法，并构建了相应的测量系统。相比传统的白光扫描干涉方法，这种方法具有更强的环境噪声抵御能力，并且测量速度更快。膜厚仪技术指导