薄膜作為重要元件，通常使用金屬、合金、化合物、聚合物等作為其主要基材，品類涵蓋光學(xué)膜、電隔膜、阻隔膜、保護(hù)膜、裝飾膜等多種功能性薄膜，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)、電子、醫(yī)療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。常用薄膜的厚度范圍從納米級(jí)到微米級(jí)不等。納米和亞微米級(jí)薄膜主要是基于干涉效應(yīng)調(diào)制的光學(xué)薄膜，包括各種增透增反膜、偏振膜、干涉濾光片和分光膜等。部分薄膜經(jīng)特殊工藝處理后還具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等特性，對(duì)通訊、顯示、存儲(chǔ)等領(lǐng)域內(nèi)光學(xué)儀器的質(zhì)量起決定性作用[1-3]，如平面顯示器使用的ITO鍍膜，太陽能電池表面的SiO2減反射膜等。微米級(jí)以上的薄膜以工農(nóng)業(yè)薄膜為主，多使用聚酯材料，具有易改性、可回收、適用范圍廣等特點(diǎn)。例如6微米厚度以下的電容器膜，20微米厚度以下的大部分包裝印刷用薄膜，25~38微米厚的建筑玻璃貼膜及汽車貼膜，以及厚度為25~65微米的防偽標(biāo)牌及拉線膠帶等。微米級(jí)薄膜利用其良好的延展、密封、絕緣特性，遍及食品包裝、表面保護(hù)、磁帶基材、感光儲(chǔ)能等應(yīng)用市場(chǎng)，加工速度快，市場(chǎng)占比高。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的在線檢測(cè)和自動(dòng)控制。閔行區(qū)防水膜厚儀
利用包絡(luò)線法計(jì)算薄膜的光學(xué)常數(shù)和厚度，但目前看來包絡(luò)法還存在很多不足，包絡(luò)線法需要產(chǎn)生干涉波動(dòng)，要求在測(cè)量波段內(nèi)存在多個(gè)干涉極值點(diǎn)，且干涉極值點(diǎn)足夠多，精度才高。理想的包絡(luò)線是根據(jù)聯(lián)合透射曲線的切點(diǎn)建立的，在沒有正確方法建立包絡(luò)線時(shí)，通常使用拋物線插值法建立，這樣造成的誤差較大。包絡(luò)法對(duì)測(cè)量對(duì)象要求高，如果薄膜較薄或厚度不足情況下，會(huì)造成干涉條紋減少，干涉波峰個(gè)數(shù)較少，要利用干涉極值點(diǎn)建立包絡(luò)線就越困難，且利用拋物線插值法擬合也很困難，從而降低該方法的準(zhǔn)確度。其次，薄膜吸收的強(qiáng)弱也會(huì)影響該方法的準(zhǔn)確度，對(duì)于吸收較強(qiáng)的薄膜，隨干涉條紋減少，極大值與極小值包絡(luò)線逐漸匯聚成一條曲線，該方法就不再適用。因此，包絡(luò)法適用于膜層較厚且弱吸收的樣品。特色服務(wù)膜厚儀常見問題白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的三維成像和分析。
論文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測(cè)量方法也不同。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點(diǎn)，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù)，且能激發(fā)的表面等離子體效應(yīng)，因而可借助基于表面等離子體共振的測(cè)量方法；為了進(jìn)一步改善測(cè)量的精度，論文還研究了外差干涉測(cè)量法，通過引入高精度的相位解調(diào)手段，檢測(cè)P光與S光之間的相位差提升厚度測(cè)量的精度。
為了分析白光反射光譜的測(cè)量范圍，開展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測(cè)量曲線，如圖所示，對(duì)于殼層厚度30μm的靶丸，其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級(jí)次數(shù)值大；此外，由于靶丸殼層的吸收，壁厚較大的靶丸信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較弱。隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步增加，其白光反射光譜各譜峰將更加密集，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)各干涉譜峰波長的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，需采用紅外的寬譜光源和光譜探測(cè)器。對(duì)于殼層厚度為μm的靶丸，測(cè)量的波峰相對(duì)較少，容易實(shí)現(xiàn)靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長的準(zhǔn)確測(cè)量；隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步減小，兩干涉信號(hào)之間的光程差差異非常小，以至于他們的光譜信號(hào)中只有一個(gè)干涉波峰，基于峰值探測(cè)的白光反射光譜方法難以實(shí)現(xiàn)其厚度的測(cè)量；為實(shí)現(xiàn)較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，可采用紫外的寬譜光源和光譜探測(cè)器提升其探測(cè)厚度下限。 白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過對(duì)干涉圖像的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聯(lián)合測(cè)量和分析。
光學(xué)測(cè)厚方法集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為一體，以其光波長為測(cè)量基準(zhǔn)，從原理上保證了納米級(jí)的測(cè)量精度。同時(shí)，光學(xué)測(cè)厚作為非接觸式的測(cè)量方法，被廣泛應(yīng)用于精密元件表面形貌及厚度的無損測(cè)量。其中，薄膜厚度光學(xué)測(cè)量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學(xué)原理可分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測(cè)量方法。不同的測(cè)量方法，其適用范圍各有側(cè)重，褒貶不一。因此結(jié)合多種測(cè)量方法的多通道式復(fù)合測(cè)量法也有研究，如橢圓偏振法和光度法結(jié)合的光譜橢偏法，彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結(jié)合法等。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于電子顯示器中的薄膜厚度測(cè)量。楊浦區(qū)原裝膜厚儀
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度測(cè)量。閔行區(qū)防水膜厚儀
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測(cè)量方法各有優(yōu)缺，難以一概而論。將上述各測(cè)量特點(diǎn)總結(jié)如表1-1所示，按照薄膜厚度的增加，適用的測(cè)量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對(duì)于小于1μm的較薄薄膜，白光干涉輪廓儀的測(cè)量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對(duì)于小于200nm的薄膜，由于透過率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更加可靠?；诎坠飧缮嬖淼墓鈱W(xué)薄膜厚度測(cè)量方案目前主要集中于測(cè)量透明或者半透明薄膜，通過使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測(cè)薄膜厚度。本章在詳細(xì)研究白光干涉測(cè)量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性的基礎(chǔ)上，分析得到了常用的基于兩個(gè)相鄰干涉峰的白光干涉解調(diào)方案不適用于極短光程差測(cè)量的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，我們提出了基于干涉光譜單峰值波長移動(dòng)的白光干涉測(cè)量解調(diào)技術(shù)。閔行區(qū)防水膜厚儀