論文所研究的鍺膜厚度約300nm,導致其白光干涉輸出光譜只有一個干涉峰,此時常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案(如峰峰值法等)將不再適用。為此,我們提出了一種基于單峰值波長移動的白光干涉測量方案,并設(shè)計搭建了膜厚測量系統(tǒng)。溫度測量實驗結(jié)果表明,峰值波長與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測量方案,我們測得實驗用鍺膜的厚度為338.8nm,實驗誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長漂移。論文通過對納米級薄膜厚度的測量方案研究,實現(xiàn)了對鍺膜和金膜的厚度測量。論文主要的創(chuàng)新點是提出了白光干涉單峰值波長移動的解調(diào)方案,并將其應(yīng)用于極短光程差的測量。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜的大范圍測量和分析。靜安區(qū)膜厚儀主要功能與優(yōu)勢
論文主要以半導體鍺和貴金屬金兩種材料為對象,研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實現(xiàn)納米級薄膜厚度準確測量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同,所適用的測量方法也不同。半導體鍺膜具有折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的特點,選擇采用白光干涉的測量方法;而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù),且能激發(fā)明顯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量方法;為了進一步改善測量的精度,論文還研究了外差干涉測量法,通過引入高精度的相位解調(diào)手段,檢測P光與S光之間的相位差提升厚度測量的精度。威海膜厚儀品牌企業(yè)白光干涉膜厚測量技術(shù)可以通過對干涉圖像的分析實現(xiàn)對不同材料的薄膜的聯(lián)合測量和分析。
光譜法是以光的干涉效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種薄膜厚度測量方法,分為反射法和透射法兩類[12]。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射會引起多光束干涉效應(yīng),不同特性的薄膜材料的反射率和透過率曲線是不同的,并且在全光譜范圍內(nèi)與厚度之間是一一對應(yīng)關(guān)系。因此,根據(jù)這一光譜特性可以得到薄膜的厚度以及光學參數(shù)。光譜法的優(yōu)點是可以同時測量多個參數(shù)且可以有效的排除解的多值性,測量范圍廣,是一種無損測量技術(shù);缺點是對樣品薄膜表面條件的依賴性強,測量穩(wěn)定性較差,因而測量精度不高;對于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前,這種方法主要應(yīng)用于有機薄膜的厚度測量。
白光干涉光譜分析是目前白光干涉測量的一個重要方向,此項技術(shù)主要是利用光譜儀將對條紋的測量轉(zhuǎn)變成為對不同波長光譜的測量。通過分析被測物體的光譜特性,就能夠得到相應(yīng)的長度信息和形貌信息。相比于白光掃描干涉術(shù),它不需要大量的掃描過程,因此提高了測量效率,而且也減小了環(huán)境對它的影響。此項技術(shù)能夠測量距離、位移、塊狀材料的群折射率以及多層薄膜厚度。白干干涉光譜法是基于頻域干涉的理論,采用白光作為寬波段光源,經(jīng)過分光棱鏡,被分成兩束光,這兩束光分別入射到參考面和被測物體,反射回來后經(jīng)過分光棱鏡合成后,由色散元件分光至探測器,記錄頻域上的干涉信號。此光譜信號包含了被測表面的信息,如果此時被測物體是薄膜,則薄膜的厚度也包含在這光譜信號當中。這樣就把白光干涉的精度和光譜測量的速度結(jié)合起來,形成了一種精度高而且速度快的測量方法。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于激光加工中的薄膜吸收率測量。
確定靶丸折射率及厚度的算法,由于干涉光譜信號與膜的光參量直接相關(guān),這里主要考慮光譜分析的方法根據(jù)測量膜的反射或透射光譜進行分析計算,可獲得膜的厚度、折射率等參數(shù)。根據(jù)光譜信號分析計算膜折射率及厚度的方法主要有極值法和包絡(luò)法、全光譜擬合法。極值法測量膜厚度主要是根據(jù)薄膜反射或透射光譜曲線上的波峰的位置來計算,對于弱色散介質(zhì),折射率為恒定值,根據(jù)兩個或兩個以上的極大值點的位置,求得膜的光學厚度,若已知膜折射率即可求解膜的厚度;對于強色散介質(zhì),首先利用極值點求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不變值,可根據(jù)極大值點位置的光學厚度關(guān)系式獲得入射波長和折射率的對應(yīng)關(guān)系,再依據(jù)薄膜材質(zhì)的色散特性,引入合適的色散模型,常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等,利用折射率與入射波長的關(guān)系式,通過二乘法擬合得到色散模型的系數(shù),即可解得任意入射波長下的折射率。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的表面和內(nèi)部進行聯(lián)合測量和分析。朝陽區(qū)膜厚儀量大從優(yōu)
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對復(fù)雜薄膜結(jié)構(gòu)的測量。靜安區(qū)膜厚儀主要功能與優(yōu)勢
在初始相位為零的情況下,當被測光與參考光之間的光程差為零時,光強度將達到最大值。為探測兩個光束之間的零光程差位置,需要精密Z向運動臺帶動干涉鏡頭作垂直掃描運動或移動載物臺,垂直掃描過程中,用探測器記錄下干涉光強,可得白光干涉信號強度與Z向掃描位置(兩光束光程差)之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長處的白光信號強度隨光程差變化示意圖,曲線中光強極大值位置即為零光程差位置,通過零過程差位置的精密定位,即可實現(xiàn)樣品表面相對位移的精密測量;通過確定最大值對應(yīng)的Z向位置可獲得被測樣品表面的三維高度。靜安區(qū)膜厚儀主要功能與優(yōu)勢