膜厚仪答疑解惑

薄膜作为一种特殊的微结构 ，近年来在电子学 、摩擦学、现代光学得到了广泛的应用，薄膜的测试技术变得越来越重要。尤其是在厚度这一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微观可测量。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要而且很实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接关系到薄膜能否正常工作。在半导体工业中，膜厚的测量是硅单晶体表面热氧化厚度以及平整度质量控制的重要手段。薄膜的厚度影响薄膜的电磁性能、力学性能和光学性能等，所以准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。膜厚仪答疑解惑

针对微米级工业薄膜厚度测量，开发了一种基于宽光谱干涉的反射式法测量方法，并研制了适用于工业应用的小型薄膜厚度测量系统，考虑了成本、稳定性、体积等因素要求。该系统结合了薄膜干涉和光谱共聚焦原理，采用波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型，利用经典模态分解和非均匀傅里叶变换的思想，提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法。该算法能够有效利用全光谱数据准确提取相位变化，抗干扰能力强，能够排除环境噪声等假频干扰。经过对PVC标准厚度片、PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验验证，结果表明该测厚系统具有1~75微米厚度的测量量程和微米级的测量不确定度，而且无需对焦，可以在10ms内完成单次测量，满足工业级测量需要的高效便捷的应用要求。国内膜厚仪产品原理可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉，建立靶丸的垂直扫描干涉装置，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，存在误差，穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。

基于表面等离子体共振传感的测量方案 ，利用共振曲线的三个特征参量—共振角、半高宽和反射率小值，通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度，操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统，测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线，由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案，测量精度受环境影响较大，且测量结果存在多值性的问题，所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析，根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的在线检测和控制；

由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不尽相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。按照薄膜厚度的增加，适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜，白光干涉轮廓仪的测量精度较低，分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜，由于透过率曲线缺少峰谷值，椭圆偏振法结果更可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜，通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样，得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上，分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上，我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。操作需要一定的专业素养和经验，需要进行充分的培训和实践。膜厚仪答疑解惑

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量。膜厚仪答疑解惑

白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空间位置的变化，从而得到被测物体的信息。它是在单色光相移干涉术的基础上发展而来的。单色光相移干涉术利用光路使参考光和被测表面的反射光发生干涉，再使用相移的方法调制相位，利用干涉场中光强的变化计算出其每个数据点的初始相位，但是这样得到的相位是位于（-π，+π]间，所以得到的是不连续的相位。因此，需要进行相位展开使其变为连续相位。再利用高度与相位的信息求出被测物体的表面形貌。单色光相移法具有测量速度快、测量分辨力高、对背景光强不敏感等优点。但是，由于单色光干涉无法确定干涉条纹的零级位置。因此，在相位解包裹中无法得到相位差的周期数，所以只能假定相位差不超过一个周期，相当于测试表面的相邻高度不能超过四分之一波长。这就限制了其测量的范围，使它只能测试连续结构或者光滑表面结构。膜厚仪答疑解惑