自上世紀(jì)60年代起，利用X及β射線、近紅外光源開(kāi)發(fā)的在線薄膜測(cè)厚系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于西方先進(jìn)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)線中。20世紀(jì)70年代后，為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的質(zhì)檢需求，電渦流、電磁電容、超聲波、晶體振蕩等多種膜厚測(cè)量技術(shù)相繼問(wèn)世。90年代中期，隨著離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、凝膠溶膠等新型薄膜制備技術(shù)取得巨大突破，以橢圓偏振法和光度法為展示的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)以高精度、低成本、輕便環(huán)保、高速穩(wěn)固為研發(fā)方向不斷迭代更新，迅速占領(lǐng)日用電器及工業(yè)生產(chǎn)市場(chǎng)，并發(fā)展出依據(jù)用戶(hù)需求個(gè)性化定制產(chǎn)品的能力。其中，對(duì)于市場(chǎng)份額占比較大的微米級(jí)薄膜，除要求測(cè)量系統(tǒng)不僅具有百納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度及分辨力以外，還要求測(cè)量系統(tǒng)在存在不規(guī)則環(huán)境干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)下，具備較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。 白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和算法進(jìn)行改進(jìn)。寶山區(qū)原裝膜厚儀
白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出，隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實(shí)現(xiàn)。1983年，BrianCulshaw的研究小組報(bào)道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨后在1984年，報(bào)道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng)。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量。此后的幾年間，白光干涉應(yīng)用于溫度、壓力等的研究相繼被報(bào)道。自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，白光干涉技術(shù)快速發(fā)展，提供了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的更多的解決方案。近幾年以來(lái)，由于傳感器設(shè)計(jì)與研制的進(jìn)步，信號(hào)處理新方案的提出，以及傳感器的多路復(fù)用[39]等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展更加迅速。寶山區(qū)原裝膜厚儀白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化和算法的改進(jìn)上。
干涉測(cè)量法[9-10]是基于光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度測(cè)量的光學(xué)方法，是一種高精度的測(cè)量技術(shù)。采用光學(xué)干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)一般具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)于大多數(shù)的干涉測(cè)量任務(wù)，都是通過(guò)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(lái)研究干涉裝置中待測(cè)物理量引入的光程差或者是位相差的變化，從而達(dá)到測(cè)量目的。光學(xué)干涉測(cè)量方法的測(cè)量精度可達(dá)到甚至優(yōu)于納米量級(jí)，而利用外差干涉進(jìn)行測(cè)量，其精度甚至可以達(dá)到10-3nm量級(jí)[11]。根據(jù)所使用光源的不同，干涉測(cè)量方法又可以分為激光干涉測(cè)量和白光干涉測(cè)量?jī)纱箢?lèi)。激光干涉測(cè)量的分辨率更高，但是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)信號(hào)的測(cè)量，只能測(cè)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(duì)測(cè)量。而白光干涉是通過(guò)對(duì)干涉信號(hào)中心條紋的有效識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量，是一種測(cè)量方式，在薄膜厚度的測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。
微納制造技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著檢測(cè)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(cè)方法不能滿(mǎn)足要求。白光干涉法具有非接觸、無(wú)損傷、高精度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在微納檢測(cè)領(lǐng)域，另外光譜測(cè)量具有高效率、測(cè)量速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文提出了白光干涉光譜測(cè)量方法并搭建了測(cè)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(cè)量速度較快。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中的薄膜光學(xué)參數(shù)測(cè)量。
針對(duì)微米級(jí)工業(yè)薄膜厚度測(cè)量，研究了基于寬光譜干涉的反射式法測(cè)量方法。根據(jù)薄膜干涉及光譜共聚焦原理，綜合考慮成本、穩(wěn)定性、體積等因素要求，研制了滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)波長(zhǎng)分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，結(jié)合經(jīng)典模態(tài)分解和非均勻傅里葉變換思想，提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法，能有效利用全光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取相位變化，對(duì)由環(huán)境噪聲帶來(lái)的假頻干擾，具有很好的抗干擾性。通過(guò)對(duì)PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片，PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測(cè)量實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明測(cè)厚系統(tǒng)具有1~75μm厚度的測(cè)量量程，μm.的測(cè)量不確定度。由于無(wú)需對(duì)焦，可在10ms內(nèi)完成單次測(cè)量，滿(mǎn)足工業(yè)級(jí)測(cè)量高效便捷的應(yīng)用要求。 白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度分布的測(cè)量和分析。國(guó)內(nèi)膜厚儀安裝操作注意事項(xiàng)
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)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)測(cè)量。寶山區(qū)原裝膜厚儀
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(lái)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(méi)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。寶山區(qū)原裝膜厚儀