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。膜厚仪依赖于膜层和底部材料的反射率和相位差来实现这一目的。薄膜膜厚仪检测
白光干涉时域解调方案需要借助机械扫描部件带动干涉仪的反射镜移动,补偿光程差,实现对信号的解调。光纤白光干涉仪的两输出臂分别作为参考臂和测量臂,作用是将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量而增加了一个未知的光程,参考臂则通过移动反射镜来实现对测量臂引入的光程差的补偿。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时,即两干涉光束为等光程的时候,出现干涉极大值,可以观察到中心零级干涉条纹,而这一现象与外界的干扰因素无关,因而可据此得到待测物理量的值。干扰输出信号强度的因素包括:入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。外界环境的扰动会影响输出信号的强度,但是对零级干涉条纹的位置不会产生影响。防水膜厚仪厂家操作需要一定的专业技能和经验,需要进行充分的培训和实践。
白光扫描干涉法利用白光作为光源,通过压电陶瓷驱动参考镜进行扫描,将干涉条纹扫过被测面,并通过感知相干峰位置来获取表面形貌信息。测量原理如图1-5所示。然而,在对薄膜进行测量时,其上下表面的反射会导致提取出的白光干涉信号呈现双峰形式,变得更为复杂。此外,由于白光扫描干涉法需要进行扫描过程,因此测量时间较长,且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法能够自动分离双峰干涉信号,从而实现对薄膜厚度的测量。
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。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。
光谱法是一种以光的干涉效应为基础的薄膜厚度测量方法,分为反射法和透射法两种类型。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射会引起多光束干涉效应,不同特性的薄膜材料的反射率和透过率曲线是不同的,并且在全光谱范围内与厚度一一对应。因此,可以根据这种光谱特性来确定薄膜的厚度和光学参数。光谱法的优点是可以同时测量多个参数,并能有效地排除解的多值性,测量范围广,是一种无损测量技术。其缺点是对样品薄膜表面条件的依赖性强,测量稳定性较差,因此测量精度不高,对于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前,这种方法主要用于有机薄膜的厚度测量。白光干涉膜厚仪是用于测量薄膜厚度的一种仪器,可用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。薄膜膜厚仪检测
白光干涉膜厚仪的应用非常广,特别是在半导体、光学、电子和化学等领域。薄膜膜厚仪检测
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。薄膜膜厚仪检测