高精度膜厚仪常用知识

用峰峰值法处理光谱数据时，被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需要获取相邻的两个干涉峰值处的波长信息，即可确定光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低了数据处理难度。此外，也可以利用多组相邻干涉光谱极值对应的波长分别求出光程差，然后再求平均值作为测量结果，以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源时，不可避免地会有与光源同分布的背景光叠加在接收光谱中，从而引起峰值处波长的改变，从而引入测量误差。同时，当两干涉信号之间的光程差很小，导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，此法便不再适用。操作之前需要专 业技能和经验的培训和实践。高精度膜厚仪常用知识

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向 ，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量 。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考面和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。薄膜干涉膜厚仪主要功能与优势光路长度越长，分辨率越高，但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。

 基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究：在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上，我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此，我们提出了适用于极小光程差并基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。根据这一原理，搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证，得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为，与台阶仪测量结果存在，这是因为薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。

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。随着技术的不断进步和应用领域的扩展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将得到进一步提高；

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缺，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。随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。薄膜干涉膜厚仪主要功能与优势

高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。高精度膜厚仪常用知识

论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。高精度膜厚仪常用知识