嘉定区高精度膜厚仪

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应用于光学薄膜设计中的薄膜参数测量。嘉定区高精度膜厚仪

目前，应用的显微干涉方式主要有Mirau显微干涉和Michelson显微干涉两张方式。如图2-5(a)所示Mirau型显微干涉结构，在该结构中物镜和被测样品之间有两块平板，一个是涂覆有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，从而使物镜外壳更加紧凑，工作距离相对而言短一些，其倍率一般为10-50倍，Mirau显微干涉物镜参考端使用与测量端相同显微物镜，因此没有额外的光程差。大兴区原装膜厚仪白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量。

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。将上述各测量特点总结如表1-1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。

光谱拟合法易于测量具有应用领域，由于使用了迭代算法，因此该方法的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。白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的缺陷检测和分析。

确定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光谱信号与膜的光参量直接相关，这里主要考虑光谱分析的方法根据测量膜的反射或透射光谱进行分析计算，可获得膜的厚度、折射率等参数。根据光谱信号分析计算膜折射率及厚度的方法主要有极值法和包络法、全光谱拟合法。极值法测量膜厚度主要是根据薄膜反射或透射光谱曲线上的波峰的位置来计算，对于弱色散介质，折射率为恒定值，根据两个或两个以上的极大值点的位置，求得膜的光学厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；对于强色散介质，首先利用极值点求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不变值，可根据极大值点位置的光学厚度关系式获得入射波长和折射率的对应关系，再依据薄膜材质的色散特性，引入合适的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率与入射波长的关系式，通过二乘法拟合得到色散模型的系数，即可解得任意入射波长下的折射率。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。小型膜厚仪安装操作注意事项

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜厚度的在线检测和自动控制。嘉定区高精度膜厚仪

    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的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。嘉定区高精度膜厚仪

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