光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术,以光波长为测量基准,从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法,因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法,可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此,有一些研究采用了多通道式复合测量法,结合多种测量方法,例如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法,彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。白光干涉膜厚仪可以配合不同的软件进行分析和数据处理,例如建立数据库、统计数据等。膜厚仪检测
为限度提高靶丸内爆压缩效率,期望靶丸所有几何参数、物性参数均为理想球对称状态。因此,需要对靶丸壳层厚度分布进行精密的检测。靶丸壳层厚度常用的测量手法有X射线显微辐照法、激光差动共焦法、白光干涉法等。下面分别介绍了各个方法的特点与不足,以及各种测量方法的应用领域。白光干涉法以白光作为光源,宽光谱的白光准直后经分光棱镜分成两束光,一束光入射到固定参考镜。一束光入射到待测样品。由计算机控制压电陶瓷(PZT)沿Z轴方向进行扫描,当两路之间的光程差为零时,在分光棱镜汇聚后再次被分成两束,一束光通过光纤传输,并由光谱仪收集,另一束则被传递到CCD相机,用于样品观测。利用光谱分析算法对干涉信号图进行分析得到薄膜的厚度。该方法能应用靶丸壳层壁厚的测量,但是该测量方法需要已知靶丸壳层材料的折射率,同时,该方法也难以实现靶丸壳层厚度分布的测量。膜厚仪产品基本性能要求广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。
薄膜是一种特殊的微结构,在电子学、摩擦学、现代光学等领域得到了广泛应用,因此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的。因此,在微纳测量领域中,薄膜厚度的测试是一个非常重要且实用的研究方向。在工业生产中,薄膜的厚度直接影响薄膜是否能正常工作。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。薄膜的厚度会影响其电磁性能、力学性能和光学性能等,因此准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。
自上世纪60年代起,利用X及β射线、近红外光源开发的在线薄膜测厚系统广泛应用于西方先进国家的工业生产线中。到20世纪70年代后,为满足日益增长的质检需求,电涡流、电磁电容、超声波、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取得巨大突破,以椭圆偏振法和光度法为展示的光学检测技术以高精度、低成本、轻便环保、高速稳固为研发方向不断迭代更新,迅速占领日用电器及工业生产市场,并发展出依据用户需求个性化定制产品的能力。其中,对于市场份额占比较大的微米级薄膜,除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量准确度及分辨力以外,还要求测量系统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。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。
该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象,实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性,主要涉及三种方法,分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同,所适用的测量方法也不同。对于折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的半导体锗膜,选择采用白光干涉的测量方法;而对于厚度更薄的金膜,其折射率为复数,且能够激发表面等离子体效应,因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度,论文还研究了外差干涉测量法,通过引入高精度的相位解调手段并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。膜厚仪产品基本性能要求
它可以用不同的软件进行数据处理和分析,比如建立数据库、统计数据等。膜厚仪检测
本文研究的锗膜厚度约为300nm,导致白光干涉输出的光谱只有一个干涉峰,无法采用常规的基于相邻干涉峰间距解调的方案,如峰峰值法等。为此,研究人员提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案,并设计制作了膜厚测量系统。经实验证明,峰值波长和温度变化之间存在很好的线性关系。利用该方案,研究人员成功测量了实验用锗膜的厚度为338.8nm,实验误差主要源于温度控制误差和光源波长漂移。该论文通过对纳米级薄膜厚度测量方案的研究,实现了对锗膜和金膜厚度的测量,并主要创新点在于提出了基于白光干涉单峰值波长移动的解调方案,并将其应用于极短光程差的测量。膜厚仪检测