在納米量級薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中，薄膜材料的厚度是薄膜設(shè)計(jì)和制備過程中的重要參數(shù)，是決定薄膜性質(zhì)和性能的基本參量之一，它對于薄膜的光學(xué)、力學(xué)和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應(yīng)，使得對其厚度的準(zhǔn)確測量變得困難。經(jīng)過眾多科研技術(shù)人員的探索和研究，新的薄膜厚度測量理論和測量技術(shù)不斷涌現(xiàn)，測量方法實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)到自動(dòng)，有損到無損測量。由于待測薄膜材料的性質(zhì)不同，其適用的厚度測量方案也不盡相同。對于厚度在納米量級的薄膜，利用光學(xué)原理的測量技術(shù)應(yīng)用。相比于其他方法，光學(xué)測量方法因?yàn)榫哂芯雀?，速度快，無損測量等優(yōu)勢而成為主要的檢測手段。其中具有代表性的測量方法有橢圓偏振法，干涉法，光譜法，棱鏡耦合法等。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于光學(xué)通信中的薄膜透過率測量。標(biāo)準(zhǔn)膜厚儀
在白光反射光譜探測模塊中，入射光經(jīng)過分光鏡1分光后，一部分光通過物鏡聚焦到靶丸表面，靶丸殼層上、下表面的反射光經(jīng)過物鏡、分光鏡1、聚焦透鏡、分光鏡2后，一部分光聚焦到光纖端面并到達(dá)光譜儀探測器，可實(shí)現(xiàn)靶丸殼層白光干涉光譜的測量，一部分光到達(dá)CCD探測器，可獲得靶丸表面的光學(xué)圖像。靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊和三維運(yùn)動(dòng)模塊分別用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度轉(zhuǎn)位以及靶丸位置的輔助調(diào)整，測量過程中，將靶丸放置于軸系吸嘴前端，通過微型真空泵負(fù)壓吸附于吸嘴上；然后，移動(dòng)位移平臺(tái)，將靶丸移動(dòng)至CCD視場中心，通過Z向位移臺(tái)，使靶丸表面成像清晰；利用光譜儀探測靶丸殼層的白光反射光譜；靶丸在軸系的帶動(dòng)下，平穩(wěn)轉(zhuǎn)位到特定角度，由于軸系的回轉(zhuǎn)誤差，轉(zhuǎn)位后靶丸可能偏移CCD視場中心，此時(shí)可通過調(diào)整軸系前端的調(diào)心結(jié)構(gòu)，使靶丸定點(diǎn)位于視場中心并采集其白光反射光譜；重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)靶丸特定位置或圓周輪廓白光反射光譜數(shù)據(jù)的測量。為減少外界干擾和震動(dòng)而引起的測量誤差，該裝置放置于氣浮平臺(tái)上，通過高性能的隔振效果可保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性。 標(biāo)準(zhǔn)膜厚儀白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的厚度和形貌進(jìn)行聯(lián)合測量和分析。
常用白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理示意圖，入射的白光光束通過半反半透鏡進(jìn)入到顯微干涉物鏡后，被分光鏡分成兩部分，一個(gè)部分入射到固定的參考鏡，一部分入射到樣品表面，當(dāng)參考鏡表面和樣品表面的反射光通過分光鏡后，再次匯聚發(fā)生干涉，干涉光通過透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)可探測整個(gè)視場內(nèi)雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭或樣品臺(tái)Z向掃描，可獲得一系列的干涉圖像。根據(jù)干涉圖像序列中對應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)隨光程差變化曲線，可得該點(diǎn)的Z向相對位移；然后，由CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對應(yīng)的Z向位置獲得被測樣品表面的三維形貌。
微納制造技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著檢測技術(shù)向微納領(lǐng)域進(jìn)軍，微結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)構(gòu)作為微納器件中的重要組成部分，在半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、航天航空、現(xiàn)代制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于其微小和精細(xì)的特征，傳統(tǒng)檢測方法不能滿足要求。白光干涉法具有非接觸、無損傷、高精度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在微納檢測領(lǐng)域，另外光譜測量具有高效率、測量速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文提出了白光干涉光譜測量方法并搭建了測量系統(tǒng)。和傳統(tǒng)白光掃描干涉方法相比，其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的環(huán)境噪聲抵御能力，并且測量速度較快。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對薄膜表面形貌的測量。
干涉測量法[9-10]是基于光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對薄膜厚度測量的光學(xué)方法，是一種高精度的測量技術(shù)。采用光學(xué)干涉原理的測量系統(tǒng)一般具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。對于大多數(shù)的干涉測量任務(wù)，都是通過薄膜表面和基底表面之間產(chǎn)生的干涉條紋的形狀和分布規(guī)律，來研究干涉裝置中待測物理量引入的光程差或者是位相差的變化，從而達(dá)到測量目的。光學(xué)干涉測量方法的測量精度可達(dá)到甚至優(yōu)于納米量級，而利用外差干涉進(jìn)行測量，其精度甚至可以達(dá)到10-3nm量級[11]。根據(jù)所使用光源的不同，干涉測量方法又可以分為激光干涉測量和白光干涉測量兩大類。激光干涉測量的分辨率更高，但是不能實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)信號(hào)的測量，只能測量輸出信號(hào)的變化量或者是連續(xù)信號(hào)的變化，即只能實(shí)現(xiàn)相對測量。而白光干涉是通過對干涉信號(hào)中心條紋的有效識(shí)別來實(shí)現(xiàn)對物理量的測量，是一種測量方式，在薄膜厚度的測量中得到了廣泛的應(yīng)用。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對薄膜的快速測量和分析。常用膜厚儀誠信企業(yè)推薦
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對薄膜的非接觸式測量。標(biāo)準(zhǔn)膜厚儀
極值法求解過程計(jì)算簡單，速度快，同時(shí)確定薄膜的多個(gè)光學(xué)常數(shù)及解決多值性問題，測試范圍廣，但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素，以至于精度不夠高。此外，由于受曲線擬合精度的限制，該方法對膜厚的測量范圍有要求，通常用這種方法測量的薄膜厚度應(yīng)大于200nm且小于10μm，以確保光譜信號(hào)中的干涉波峰數(shù)恰當(dāng)。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識(shí)來設(shè)置每個(gè)擬合參數(shù)上限、下限，并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學(xué)參數(shù)及厚度的初始值，引入適合的色散模型，再根據(jù)麥克斯韋方程組的推導(dǎo)。這樣求得的值自然和實(shí)際的透過率和反射率（通過光學(xué)系統(tǒng)直接測量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立評價(jià)函數(shù)，當(dāng)計(jì)算的透過率/反射率與實(shí)際值之間的偏差小時(shí)，我們就可以認(rèn)為預(yù)設(shè)的初始值就是要測量的薄膜參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)膜厚儀