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)
当膜的厚度e与波长A不可比拟时,有下列情况出现:(1)膜厚e远远大于波长^时,由于由同一波列分解出来的2列波的光程差已超过相干民度.因而不能相遇,故不能发生干涉…,没有明纹或暗纹出现.(2)膜厚e远远小于波长^时,相干条件(1),(2)式中e一0,2相干光束之间的光程差已主要受半波损失d7的影响,而膜厚e和入射角i实际上对光程差已没有贡献.若半波损失∥存在,就发生相消干涉,反之,就发生相长干涉…,故观察到的要么全是明纹,要么全是暗纹. 精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。薄膜测厚 膜厚仪
常用白光垂直扫描干涉系统的原理:入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后,被分光镜分成两部分,一个部分入射到固定的参考镜,一部分入射到样品表面,当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后,再次汇聚产生干涉条纹,干涉光通过透镜后,利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描,可获得一系列的干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线,可得该点的Z向相对位移;然后,由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。微米级膜厚仪安装操作注意事项白光干涉膜厚仪需要校准,标准样品的选择和使用至关重要。
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。
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。它可测量大气压下1纳米到1毫米范围内的薄膜厚度。
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。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。微米级膜厚仪测量方法
白光干涉膜厚仪需要进行校准,并选择合适的标准样品。薄膜测厚 膜厚仪
白光干涉的相干原理早在1975年就被提出,并在1976年实现了在光纤通信领域中的应用。1983年,Brian Culshaw的研究小组报道了白光干涉技术在光纤传感领域中的应用。随后在1984年,报道了基于白光干涉原理的完整的位移传感系统。这项研究成果证明了白光干涉技术可以用于测量能够转换成位移的物理参量。此后的几年中,白光干涉技术应用于温度、压力等的研究也相继被报道。自上世纪90年代以来,白光干涉技术得到了快速发展,提供了更多实现测量的解决方案。近年来,由于传感器设计和研制的进步,信号处理的新方案提出,以及传感器的多路复用等技术的发展,使白光干涉测量技术的发展更加迅速。薄膜测厚 膜厚仪