干涉法測(cè)量可表述為：白光干涉光譜法主要利用光的干涉原理和光譜分光原理，利用光在不同波長處的干涉光強(qiáng)進(jìn)行求解。光源出射的光經(jīng)分光棱鏡分成兩束，其中一束入射到參考鏡，另一束入射到測(cè)量樣品表面，兩束光均發(fā)生反射并入射到分光棱鏡，此時(shí)這兩束光會(huì)發(fā)生干涉。干涉光經(jīng)光譜儀采集得到白光光譜干涉信號(hào)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果變化，之后讀出厚度值或變化量。如何建立一套基于白光干涉法的晶圓膜厚測(cè)量裝置，對(duì)于晶圓膜厚測(cè)量具有重要意義，設(shè)備價(jià)格、空間大小、操作難易程度都是其影響因素。這種膜厚儀可以測(cè)量大氣壓下，1 nm到1mm范圍內(nèi)的薄膜厚度。蘇州膜厚儀供應(yīng)鏈
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相同，因而多種測(cè)量方法各有優(yōu)缺，難以一概而論。將各測(cè)量特點(diǎn)總結(jié)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)。國內(nèi)膜厚儀貨真價(jià)實(shí)光路長度越長，儀器分辨率越高，但也越容易受到干擾因素的影響，需要采取降噪措施。
本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法來實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度的準(zhǔn)確測(cè)量，研究對(duì)象為半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料。由于不同材料薄膜的特性差異，所適用的測(cè)量方法也會(huì)有所不同。對(duì)于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半導(dǎo)體鍺膜，采用白光干涉的測(cè)量方法；而對(duì)于厚度更薄的金膜，由于其折射率為復(fù)數(shù)，且具有表面等離子體效應(yīng)，所以采用基于表面等離子體共振的測(cè)量方法會(huì)更合適。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，本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)手段來檢測(cè)P光與S光之間的相位差，以提高厚度測(cè)量的精度。
白光干涉光譜分析是目前白光干涉測(cè)量的一個(gè)重要方向。此項(xiàng)技術(shù)通過使用光譜儀將對(duì)條紋的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)不同波長光譜的測(cè)量，分析被測(cè)物體的光譜特性，得到相應(yīng)的長度信息和形貌信息。與白光掃描干涉術(shù)相比，它不需要大量的掃描過程，因此提高了測(cè)量效率，并減小了環(huán)境對(duì)其影響。此項(xiàng)技術(shù)能夠測(cè)量距離、位移、塊狀材料的群折射率以及多層薄膜厚度等。白光干涉光譜分析基于頻域干涉的理論，采用白光作為寬波段光源，經(jīng)過分光棱鏡折射為兩束光。這兩束光分別經(jīng)由參考面和被測(cè)物體入射，反射后再次匯聚合成，并由色散元件分光至探測(cè)器，記錄頻域干涉信號(hào)。這個(gè)光譜信號(hào)包含了被測(cè)表面信息，如果此時(shí)被測(cè)物體是薄膜，則薄膜的厚度也包含在光譜信號(hào)當(dāng)中。白光干涉光譜分析將白光干涉和光譜測(cè)量的速度結(jié)合起來，形成了一種精度高且速度快的測(cè)量方法。廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體、光學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域，為研究和開發(fā)提供了有力的手段。
光纖白光干涉此次實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)是通過檢測(cè)干涉峰值的中心波長的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以光源中心波長的穩(wěn)定性將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。實(shí)驗(yàn)中我們所選用的光源是由INPHENIX公司生產(chǎn)的SLED光源，相對(duì)于一般的寬帶光源具有輸出功率高、覆蓋光譜范圍寬等特點(diǎn)。該光源采用+5V的直流供電，標(biāo)定中心波長為1550nm，且其輸出功率在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的，驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到600mA。測(cè)量使用的是寬譜光源。光源的輸出光功率和中心波長的穩(wěn)定性是光源選取時(shí)需要重點(diǎn)考慮的參數(shù)。膜厚儀依賴于膜層和底部材料的反射率和相位差來實(shí)現(xiàn)這一目的。膜厚儀一般測(cè)什么
可以配合不同的軟件進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。蘇州膜厚儀供應(yīng)鏈
白光干涉時(shí)域解調(diào)方案通過機(jī)械掃描部件驅(qū)動(dòng)干涉儀的反射鏡移動(dòng)，補(bǔ)償光程差，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)。該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。光纖白光干涉儀的兩個(gè)輸出臂分別作為參考臂和測(cè)量臂，用于將待測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為干涉儀兩臂的光程差變化。測(cè)量臂因待測(cè)物理量的變化而增加未知光程差，參考臂則通過移動(dòng)反射鏡來補(bǔ)償測(cè)量臂所引入的光程差。當(dāng)干涉儀兩臂光程差ΔL=0時(shí)，即兩個(gè)干涉光束的光程相等時(shí)，將出現(xiàn)干涉極大值，觀察到中心零級(jí)干涉條紋，這種現(xiàn)象與外界的干擾因素?zé)o關(guān)，因此可以利用它來獲取待測(cè)物理量的值。會(huì)影響輸出信號(hào)強(qiáng)度的因素包括：入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。雖然外界環(huán)境的擾動(dòng)會(huì)影響輸出信號(hào)的強(qiáng)度，但對(duì)于零級(jí)干涉條紋的位置并不會(huì)造成影響。
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