該文主要研究了以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性，主要涉及三種方法，分別是白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測(cè)量方法也不同。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，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而對(duì)于厚度更薄的金膜，其折射率為復(fù)數(shù)，且能夠激發(fā)表面等離子體效應(yīng)，因此采用基于表面等離子體共振的測(cè)量方法。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，論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)手段并檢測(cè)P光和S光之間的相位差來(lái)提高厚度測(cè)量的精度。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)；膜厚儀制作廠家
極值法求解過(guò)程計(jì)算簡(jiǎn)單，快速，同時(shí)確定薄膜的多個(gè)光學(xué)常數(shù)及解決多值性問(wèn)題，測(cè)試范圍廣，但沒(méi)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(duì)膜厚的測(cè)量范圍有要求，通常用這種方法測(cè)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(lái)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(guò)率和反射率（通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)直接測(cè)量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立評(píng)價(jià)函數(shù)，當(dāng)計(jì)算的透過(guò)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(cè)量的薄膜參數(shù)。膜厚儀制作廠家總結(jié)，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。
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。
基于表面等離子體共振傳感的測(cè)量方案 ，利用共振曲線的三個(gè)特征參量—共振角、半高寬和反射率小值，通過(guò)反演計(jì)算得到待測(cè)金屬薄膜的厚度。該測(cè)量方案可同時(shí)得到金屬薄膜的介電常數(shù)和厚度，操作方法簡(jiǎn)單。我們利用Kretschmann型結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)得金膜在入射光波長(zhǎng)分別為632.8nm和652.1nm時(shí)的共振曲線，由此得到金膜的厚度為55.2nm。由于該方案是一種強(qiáng)度測(cè)量方案，測(cè)量精度受環(huán)境影響較大，且測(cè)量結(jié)果存在多值性的問(wèn)題，所以我們進(jìn)一步對(duì)偏振外差干涉的改進(jìn)方案進(jìn)行了理論分析，根據(jù)P光和S光之間相位差的變化實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量。操作需要一定的專(zhuān)業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。
常用白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理 ：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(guò)分光鏡后，再次匯聚發(fā)生干涉，干涉光通過(guò)透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)可探測(cè)整個(gè)視場(chǎng)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(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，由CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置獲得被測(cè)樣品表面的三維形貌。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將得到進(jìn)一步提高。膜厚儀制作廠家
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材料的薄膜進(jìn)行測(cè)量；膜厚儀制作廠家
傅里葉變換是白光頻域解調(diào)方法中一種低精度的信號(hào)解調(diào)方法 。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纖法布里-珀羅傳感器的解調(diào)。因此，該解調(diào)方案的原理是通過(guò)傅里葉變換得到頻域的峰值頻率從而獲得光程差，進(jìn)而得到待測(cè)物理量的信息。傅里葉變換解調(diào)方案的優(yōu)點(diǎn)是解調(diào)速度較快，受干擾信號(hào)的影響較小。但是其測(cè)量精度較低。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理FFT（快速傅里葉變換）理論，若輸入光源波長(zhǎng)范圍為[]λ1,λ2，則所測(cè)光程差的理論小分辨率為λ1λ2/(λ2?λ1)，所以此方法主要應(yīng)用于對(duì)解調(diào)精度要求不高的場(chǎng)合。傅里葉變換白光干涉法是對(duì)傅里葉變換法的改進(jìn)。該方法總結(jié)起來(lái)就是對(duì)采集到的光譜信號(hào)做傅里葉變換，然后濾波、提取主頻信號(hào)后進(jìn)行逆傅里葉變換，然后做對(duì)數(shù)運(yùn)算，并取其虛部做相位反包裹運(yùn)算，由獲得的相位得到干涉儀的光程差。該方法經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明其測(cè)量精度比傅里葉變換高。膜厚儀制作廠家