在初始相位為零的情況下 ，當(dāng)被測(cè)光與參考光之間的光程差為零時(shí)，光強(qiáng)度將達(dá)到最大值。為探測(cè)兩個(gè)光束之間的零光程差位置，需要精密Z向運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭作垂直掃描運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)載物臺(tái)，垂直掃描過(guò)程中，用探測(cè)器記錄下干涉光強(qiáng)，可得白光干涉信號(hào)強(qiáng)度與Z向掃描位置（兩光束光程差）之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長(zhǎng)處的白光信號(hào)強(qiáng)度隨光程差變化示意圖，曲線中光強(qiáng)極大值位置即為零光程差位置，通過(guò)零過(guò)程差位置的精密定位，即可實(shí)現(xiàn)樣品表面相對(duì)位移的精密測(cè)量；通過(guò)確定最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置可獲得被測(cè)樣品表面的三維高度。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的非接觸式測(cè)量；納米級(jí)膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題
白光干涉頻域解調(diào)顧名思義是在頻域分析解調(diào)信號(hào) ，測(cè)量裝置與時(shí)域解調(diào)裝置幾乎相同，只需把光強(qiáng)測(cè)量裝置換為光譜儀或者是CCD ，接收到的信號(hào)是光強(qiáng)隨著光波長(zhǎng)的分布。由于時(shí)域解調(diào)中接收到的信號(hào)是一定范圍內(nèi)所有波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，因此將頻譜信號(hào)中各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，即可得到與它對(duì)應(yīng)的時(shí)域接收信號(hào)。由此可見(jiàn)，頻域的白光干涉條紋不僅包含了時(shí)域白光干涉條紋的所有信息，還包含了時(shí)域干涉條紋中沒(méi)有的波長(zhǎng)信息。在頻域干涉中，當(dāng)兩束相干光的光程差遠(yuǎn)大于光源的相干長(zhǎng)度時(shí)，仍可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內(nèi)部的光柵具有分光作用，能夠?qū)捵V光變成窄帶光譜，從而增加了光譜的相干長(zhǎng)度。這一解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中沒(méi)有使用機(jī)械掃描部件，從而在測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性上得到很大的提高。常見(jiàn)的頻域解調(diào)方法有峰峰值檢測(cè)法、傅里葉解調(diào)法以及傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。小型膜厚儀零售價(jià)格白光干涉膜厚測(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)。
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，滿足工業(yè)級(jí)測(cè)量高效便捷的應(yīng)用要求。
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。高精度的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。
論文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象 ，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性。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。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點(diǎn)，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù)，且能激發(fā)的表面等離子體效應(yīng)，因而可借助基于表面等離子體共振的測(cè)量方法；為了進(jìn)一步改善測(cè)量的精度，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，檢測(cè)P光與S光之間的相位差提升厚度測(cè)量的精度。操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。光干涉膜厚儀品牌企業(yè)
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的快速測(cè)量和分析。納米級(jí)膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題
干涉法作為面掃描方式可以一次性對(duì)薄膜局域內(nèi)的厚度進(jìn)行解算 ，適用于對(duì)面型整體形貌特征要求較高的測(cè)量對(duì)象。干涉法算法在于相位信息的提取，借助多種復(fù)合算法通?？梢赃_(dá)到納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度。然而主動(dòng)干涉法對(duì)條紋穩(wěn)定性不佳，光學(xué)元件表面的不清潔、光照度不均勻、光源不穩(wěn)定、外界氣流震動(dòng)干擾等因素均可能影響干涉圖的完整性[39]，使干涉圖樣中包含噪聲和部分區(qū)域的陰影，給后期處理帶來(lái)困難。除此之外，干涉法系統(tǒng)精度的來(lái)源——精密移動(dòng)及定位部件也增加了系統(tǒng)的成本，高精度的干涉儀往往較為昂貴。納米級(jí)膜厚儀常見(jiàn)問(wèn)題