自上世纪60年代开始,西方的工业生产线广泛应用基于X及β射线、近红外光源开发的在线薄膜测厚系统。随着质检需求的不断增长,20世纪70年代后,电涡流、超声波、电磁电容、晶体振荡等多种膜厚测量技术相继问世。90年代中期,随着离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、凝胶溶胶等新型薄膜制备技术的出现,光学检测技术也不断更新迭代,以椭圆偏振法和光度法为主导的高精度、低成本、轻便、高速稳固的光学检测技术迅速占领日用电器和工业生产市场,并发展出了个性化定制产品的能力。对于市场占比较大的微米级薄膜,除了要求测量系统具有百纳米级的测量准确度和分辨率之外,还需要在存在不规则环境干扰的工业现场下具备较高的稳定性和抗干扰能力。Michelson干涉仪的光路长度决定了仪器的精度。原装膜厚仪成本价
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半高宽、—共振角和反射率小值,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。国内膜厚仪生产商广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。
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劣,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分光光度法、椭圆偏振法、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,椭圆偏振法结果更加可靠。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。
在初始相位为零的情况下,当被测光与参考光之间的光程差为零时,光强度将达到最大值。为了探测两个光束之间的零光程差位置,需要使用精密Z向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动,或移动载物台。在垂直扫描过程中,可以用探测器记录下干涉光强,得到白光干涉信号强度与Z向扫描位置(两光束光程差)之间的变化曲线。通过干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化的示意图,可以找到光强极大值位置,即为零光程差位置。通过精确确定零光程差位置,可以实现样品表面相对位移的精密测量。同时,通过确定最大值对应的Z向位置,也可以获得被测样品表面的三维高度。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。
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. 通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。光干涉膜厚仪的用途和特点
随着技术的不断进步和应用领域的扩展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和拓展。原装膜厚仪成本价
自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来,人们开始在理论和实验上进行探讨和研究。结果表明,动态的光谱位移可以产生新的滤波器,可应用于光学信号处理和加密领域。本文提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案,可应用于当两光程差非常小导致干涉光谱只有一个干涉峰的信号解调,实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中,当干涉光程差超过光源相干长度时,仍然可以观察到干涉条纹。这种现象是因为白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加,每一列单色光的相干长度都是无限的。当使用光谱仪接收干涉光谱时,由于光谱仪光栅的分光作用,宽光谱的白光变成了窄带光谱,导致相干长度发生变化。原装膜厚仪成本价