针对微米级工业薄膜厚度测量 ,研究了基于宽光谱干涉的反射式法测量方法。根据薄膜干涉及光谱共聚焦原理 ,综合考虑成本、稳定性、体积等因素要求,研制了满足工业应用的小型薄膜厚度测量系统。根据波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型,结合经典模态分解和非均匀傅里叶变换思想,提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法,能有效利用全光谱数据准确提取相位变化,对由环境噪声带来的假频干扰,具有很好的抗干扰性。通过对PVC标准厚度片,PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验对系统性能进行了验证,结果表明测厚系统具有1~75μm厚度的测量量程,μm.的测量不确定度。由于无需对焦,可在10ms内完成单次测量,满足工业级测量高效便捷的应用要求。随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展 。光干涉膜厚仪使用方法
论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象 ,研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同,所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的特点,选择采用白光干涉的测量方法;而厚度更薄的金膜的折射率为复数,且能激发的表面等离子体效应,因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法;为了进一步改善测量的精度,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,检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。光干涉膜厚仪使用方法白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子工业中的薄膜电阻率测量;
白光干涉频域解调顾名思义是在频域分析解调信号 ,测量装置与时域解调装置几乎相同,只需把光强测量装置换为光谱仪或者是CCD ,接收到的信号是光强随着光波长的分布。由于时域解调中接收到的信号是一定范围内所有波长的光强叠加,因此将频谱信号中各个波长的光强叠加,即可得到与它对应的时域接收信号。由此可见,频域的白光干涉条纹不仅包含了时域白光干涉条纹的所有信息,还包含了时域干涉条纹中没有的波长信息。在频域干涉中,当两束相干光的光程差远大于光源的相干长度时,仍可以在光谱仪上观察到频域干涉条纹。这是由于光谱仪内部的光栅具有分光作用,能够将宽谱光变成窄带光谱,从而增加了光谱的相干长度。这一解调技术的优点就是在整个测量系统中没有使用机械扫描部件,从而在测量的稳定性和可靠性上得到很大的提高。常见的频域解调方法有峰峰值检测法、傅里叶解调法以及傅里叶变换白光干涉解调法等。
在纳米量级薄膜的各项相关参数中 ,薄膜材料的厚度是薄膜设计和制备过程中的重要参数,是决定薄膜性质和性能的基本参量之一,它对于薄膜的光学、力学和电磁性能等都有重要的影响[3]。但是由于纳米量级薄膜的极小尺寸及其突出的表面效应,使得对其厚度的准确测量变得困难。经过众多科研技术人员的探索和研究,新的薄膜厚度测量理论和测量技术不断涌现,测量方法实现了从手动到自动,有损到无损测量。由于待测薄膜材料的性质不同,其适用的厚度测量方案也不尽相同。对于厚度在纳米量级的薄膜,利用光学原理的测量技术应用。相比于其他方法,光学测量方法因为具有精度高,速度快,无损测量等优势而成为主要的检测手段。其中具有代表性的测量方法有椭圆偏振法,干涉法,光谱法,棱镜耦合法等。总之,白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器。
白光扫描干涉法能免除色光相移干涉术测量的局限性 。白光扫描干涉法采用白光作为光源,白光作为一种宽光谱的光源,相干长度较短,因此发生干涉的位置只能在很小的空间范围内。而且在白光干涉时,有一个确切的零点位置。测量光和参考光的光程相等时,所有波段的光都会发生相长干涉,这时就能观测到有一个很明亮的零级条纹,同时干涉信号也出现最大值,通过分析这个干涉信号,就能得到表面上对应数据点的相对高度,从而得到被测物体的几何形貌。白光扫描干涉术是通过测量干涉条纹来完成的,而干涉条纹的清晰度直接影响测试精度。因此,为了提高精度,就需要更为复杂的光学系统,这使得条纹的测量变成一项费力又费时的工作。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。测量膜厚仪技术
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。光干涉膜厚仪使用方法
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[44-45]。系统基本结构如图2-1所示。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。光干涉膜厚仪使用方法