薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

微纳制造技术的发展推动着检测技术向微纳领域进军 ，微结构和薄膜结构作为微纳器件中的重要组成部分，在半导体、航天航空、医学、现代制造等领域得到了广泛的应用，由于其微小和精细的特征，传统检测方法不能满足要求。白光干涉法具有非接触、无损伤、高精度等特点，被广泛应用在微纳检测领域，另外光谱测量具有高效率、测量速度快的优点。因此，本文提出了白光干涉光谱测量方法并搭建了测量系统。和传统白光扫描干涉方法相比，其特点是具有较强的环境噪声抵御能力，并且测量速度较快。当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

采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。我们只需获得相邻的两干涉峰值处的波长信息即可得出光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低数据处理的难度。也可以利用多组相邻的干涉光谱极值对应的波长来分别求出光程差，然后再求平均值作为测量光程差，这样可以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源作为输入光源时，接收光谱中不可避免地叠加有与光源同分布的背景光，从而引起峰值处波长的改变，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的时候，此法便不再适用。高精度膜厚仪检测白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进 。

在白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后 ，一部分光通过物镜聚焦到靶丸表面 ，靶丸壳层上、下表面的反射光经过物镜、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，可实现靶丸壳层白光干涉光谱的测量，一部分光到达CCD探测器，可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转位以及靶丸位置的辅助调整，测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵负压吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，通过Z向位移台，使靶丸表面成像清晰；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，平稳转位到特定角度，由于轴系的回转误差，转位后靶丸可能偏移CCD视场中心，此时可通过调整轴系前端的调心结构，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而引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果可保证测量结果的稳定性。

薄膜作为一种特殊的微结构 ，近年来在电子学 、摩擦学、现代光学得到了广泛的应用，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。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要而且很实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接关系到薄膜能否正常工作。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。薄膜的厚度影响薄膜的电磁性能、力学性能和光学性能等，所以准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。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；

利用包络线法计算薄膜的光学常数和厚度 ，但目前看来包络法还存在很多不足，包络线法需要产生干涉波动，要求在测量波段内存在多个干涉极值点，且干涉极值点足够多，精度才高。理想的包络线是根据联合透射曲线的切点建立的，在没有正确方法建立包络线时，通常使用抛物线插值法建立，这样造成的误差较大。包络法对测量对象要求高，如果薄膜较薄或厚度不足情况下，会造成干涉条纹减少，干涉波峰个数较少，要利用干涉极值点建立包络线就越困难，且利用抛物线插值法拟合也很困难，从而降低该方法的准确度。其次，薄膜吸收的强弱也会影响该方法的准确度，对于吸收较强的薄膜，随干涉条纹减少，极大值与极小值包络线逐渐汇聚成一条曲线，该方法就不再适用。因此，包络法适用于膜层较厚且弱吸收的样品。精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。小型膜厚仪信赖推荐

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的大范围测量和分析。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

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。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点