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(lái)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(guò)引入高精度的相位解調(diào)手段來(lái)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。總的來(lái)說(shuō)，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測(cè)量?jī)x器。防水膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題
本文溫所研究的鍺膜厚度約300nm，導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個(gè)干涉峰，此時(shí)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(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量方案，并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測(cè)量系統(tǒng)。溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，峰值波長(zhǎng)與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測(cè)量方案，我們測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鍺膜的厚度為338.8nm，實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)自于溫度控制誤差和光源波長(zhǎng)漂移。通過(guò)對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測(cè)量方案研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測(cè)量。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，并將其應(yīng)用于極短光程差的測(cè)量。薄膜干涉膜厚儀行情白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
白光干涉在零光程差處，出現(xiàn)零級(jí)干涉條紋，隨著光程差的增加，光源譜寬范圍內(nèi)的每條譜線各自形成的干涉條紋之間互有偏移，疊加的整體效果使條紋對(duì)比度下降。測(cè)量精度高，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量,采用白光干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍大，具有快速檢測(cè)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。普通的激光干涉與白光干涉之間雖然有差別，但也有許多相似之處。可以說(shuō)，白光干涉實(shí)際上就是將白光看作一系列理想的單色光在時(shí)域上的相干疊加，在頻域上觀察到的就是不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的干涉光強(qiáng)變化曲線。
光譜擬合法易于應(yīng)用于測(cè)量，但由于使用了迭代算法，因此其優(yōu)缺點(diǎn)在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著遺傳算法、模擬退火算法等全局優(yōu)化算法的引入，被用于測(cè)量薄膜參數(shù)。該方法需要一個(gè)較好的薄膜光學(xué)模型(包括色散系數(shù)、吸收系數(shù)、多層膜系統(tǒng))，但實(shí)際測(cè)試過(guò)程中薄膜的色散和吸收的公式通常不準(zhǔn)確，特別是對(duì)于多層膜體系，建立光學(xué)模型非常困難，無(wú)法用公式準(zhǔn)確地表示出來(lái)。因此，通常使用簡(jiǎn)化模型，全光譜擬合法在實(shí)際應(yīng)用中不如極值法有效。此外，該方法的計(jì)算速度慢，不能滿(mǎn)足快速計(jì)算的要求。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(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等 。
常用的白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理是：入射的白光光束通過(guò)半反半透鏡進(jìn)入到顯微干涉物鏡，被分光鏡分成兩部分，一部分入射到固定的參考鏡，另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再次匯聚后，發(fā)生干涉，干涉光通過(guò)透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)探測(cè)雙白光光束的干涉圖像。通過(guò)Z向精密位移臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭或樣品臺(tái)Z向掃描，獲得一系列干涉圖像。根據(jù)干涉圖像序列中對(duì)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(duì)位移；然后，通過(guò)CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置，可測(cè)量被測(cè)樣品表面的三維形貌。該系統(tǒng)具有高分辨率和高靈敏度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微觀表面形貌測(cè)量和薄膜厚度測(cè)量等領(lǐng)域。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)。薄膜干涉膜厚儀行情
高精度的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。防水膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題
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(guò)率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更加可靠。基于白光干涉原理的光學(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(guò)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(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量解調(diào)技術(shù)。防水膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題