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。光路长度越长,仪器分辨率越高,但也越容易受到干扰因素的影响,需要采取降噪措施。本地膜厚仪产品使用误区
薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…,当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n.的介质入射到折射率为n:、厚度为e的介质膜面(见图1)时,干涉明、暗纹条件为:
2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=kλ,k=1,2,3,4,5...(1)
2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=(2k+1)λ/2,k=0,1,2,3,4...(2)
E式中k为干涉条纹级次;δ’为半波损失.
普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时,均近似地认为,δ’是指入射光波在光疏介质中前进,遇到光密介质i的界面时,在不超过临界角的条件下,不论人射角的大小如何,在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说, 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反),故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定,而入射角j可变时,干涉条纹级次^随f而变,即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹),叫等倾干涉,如以不同的入射角入射到平板介质上.当入射角£一定,而膜厚。可变时,干涉条纹级次随。而变,即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉,如劈尖干涉和牛顿环. 如何测量薄膜厚度 膜厚仪白光干涉膜厚仪广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。
白光光谱法具有测量范围大、连续测量时波动范围小的优点,可以解决干涉级次模糊识别的问题。但在实际测量中,由于误差、仪器误差和拟合误差等因素的影响,干涉级次的测量精度仍然受到限制,会出现干扰级次的误判和干扰级次的跳变现象。这可能导致计算得出的干扰级次m值与实际谱峰干涉级次m'(整数)之间存在误差。因此,本文设计了以下校正流程图,基于干涉级次的连续特性得到了靶丸壳层光学厚度的准确值。同时,给出了白光干涉光谱测量曲线。
Michelson干涉物镜,准直透镜将白光缩束准直后垂直照射到待测晶圆上,反射光之间相互发生干涉,经准直镜后干涉光强进入光纤耦合单元,完成干涉部分。光纤传输的干涉信号进入光谱仪,计算机定时从光谱仪中采集光谱信号,获取诸如光强、反射率等信息,计算机对这些信息进行信号处理,滤除高频噪声信息,然后对光谱信息进行归一化处理,利用峰值对应的波长值,计算晶圆膜厚。光源采用氙灯光源,选择氙灯作为光源具有以下优点:氙灯均为连续光谱,且光谱分布几乎与灯输入功率变化无关,在寿命期内光谱能量分布也几乎不变;氙灯的光、电参数一致性好,工作状态受外界条件变化的影响小;氙灯具有较高的电光转换效率,可以输出高能量的平行光等。白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的形貌测量。
晶圆对于半导体器件至关重要,膜厚是影响晶圆物理性质的重要参数之一。通常对膜厚的测量有椭圆偏振法、探针法、光学法等,椭偏法设备昂贵,探针法又会损伤晶圆表面。利用光学原理进行精密测试,一直是计量和测试技术领域中的主要方法之一,在光学测量领域,基于干涉原理的测量系统已成为物理量检测中十分精确的系统之一。光的干涉计量与测试本质是以光波的波长作为单位来进行计量的,现代的干涉测试与计量技术已能达到一个波长的几百分之一的测量精度,干涉测量的更大特点是它具有更高的灵敏度(或分辨率)和精度,。而且绝大部分干涉测试都是非接触的,不会对被测件带来表面损伤和附加误差;测量对象较广,并不局限于金属或非金属;可以检测多参数,如:长度、宽度、直径、表面粗糙度、面积、角度等。白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的表面和内部进行联合测量和分析。白光干涉膜厚仪行情
这种膜厚仪可以测量大气压下,1 nm到1mm范围内的薄膜厚度。本地膜厚仪产品使用误区
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。本地膜厚仪产品使用误区