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。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,基于反射率和相位差。防水膜厚仪常见问题
光具有相互叠加的特性,发生干涉的两束光在一些地方振动加强,而在另一些地方振动减弱,并产生规则的明暗交替变化。干涉测量需要满足三个相干条件:频率一致、振动方向一致、相位差稳定一致。与激光光源相比,白光光源的相干长度较短,通常在几微米到几十微米内。白光干涉的条纹有一个固定的位置,对应于光程差为零的平衡位置,并在该位置白光输出光强度具有最大值。通过探测光强最大值,可以实现样品表面位移的精密测量。白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等技术,具有抗干扰能力强、稳定性好、动态范围大、结构简单、成本低廉等优点,并广泛应用于薄膜三维形貌测量和薄膜厚度精密测量等领域。微米级膜厚仪制作厂家可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。
对同一靶丸的相同位置进行白光垂直扫描干涉实验,如图4-3所示。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移动,测量光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底后直接反射回参考镜的光线之间的光程差。显然,越偏离靶丸中心的光线测得的有效壁厚越大,其光程差也越大,但这并不表示靶丸壳层的厚度。只有当垂直穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应于靶丸的上、下壳层的厚度。因此,在进行白光垂直扫描干涉实验时,需要选择穿过靶丸中心的光线位置进行测量,这样才能准确地测量靶丸壳层的厚度。此外,通过控制干涉物镜在垂直方向上移动,可以测量出不同位置的厚度值,从而得到靶丸壳层厚度的空间分布情况。
干涉法测量可表述为:白光干涉光谱法主要利用光的干涉原理和光谱分光原理,利用光在不同波长处的干涉光强进行求解。光源出射的光经分光棱镜分成两束,其中一束入射到参考镜,另一束入射到测量样品表面,两束光均发生反射并入射到分光棱镜,此时这两束光会发生干涉。干涉光经光谱仪采集得到白光光谱干涉信号,经由计算机处理数据、显示结果变化,之后读出厚度值或变化量。如何建立一套基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置,对于晶圆膜厚测量具有重要意义,设备价格、空间大小、操作难易程度都是其影响因素。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。
极值法求解过程计算简单,速度快,同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,因此精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况,以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数,建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时,我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。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得到进一步提高。膜厚仪标价
当光路长度增加,仪器的分辨率越高,也越容易受到静态振动等干扰因素的影响,需采取一些减小噪声的措施。防水膜厚仪常见问题
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。防水膜厚仪常见问题