智能膜厚仪技术指导

干涉测量法[9-10]是基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法，是一种高精度的测量技术。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单，成本低廉，稳定性好，抗干扰能力强，使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务，都是通过薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律，来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化，从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，而利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10-3nm量级[11]。根据所使用光源的不同，干涉测量方法又可以分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高，但是不能实现对静态信号的测量，只能测量输出信号的变化量或者是连续信号的变化，即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量，是一种测量方式，在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的厚度、反射率、折射率等光学参数进行测量。智能膜厚仪技术指导

确定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光谱信号与膜的光参量直接相关，这里主要考虑光谱分析的方法根据测量膜的反射或透射光谱进行分析计算，可获得膜的厚度、折射率等参数。根据光谱信号分析计算膜折射率及厚度的方法主要有极值法和包络法、全光谱拟合法。极值法测量膜厚度主要是根据薄膜反射或透射光谱曲线上的波峰的位置来计算，对于弱色散介质，折射率为恒定值，根据两个或两个以上的极大值点的位置，求得膜的光学厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；对于强色散介质，首先利用极值点求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不变值，可根据极大值点位置的光学厚度关系式获得入射波长和折射率的对应关系，再依据薄膜材质的色散特性，引入合适的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率与入射波长的关系式，通过二乘法拟合得到色散模型的系数，即可解得任意入射波长下的折射率。昌平区品牌膜厚仪白光干涉膜厚测量技术的研究主要集中在实验方法的优化和算法的改进上。

    在白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后，一部分光通过物镜聚焦到靶丸表面，靶丸壳层上、下表面的反射光经过物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后，一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器，可实现靶丸壳层白光干涉光谱的测量，一部分光到达CCD探测器，可获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度转位以及靶丸位置的辅助调整，测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵负压吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，通过Z向位移台，使靶丸表面成像清晰；利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱；靶丸在轴系的带动下，平稳转位到特定角度，由于轴系的回转误差，转位后靶丸可能偏移CCD视场中心，此时可通过调整轴系前端的调心结构，使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱；重复以上步骤，可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动而引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果可保证测量结果的稳定性。

白光扫描干涉法采用白光为光源，压电陶瓷驱动参考镜进行扫描，干涉条纹扫过被测面，通过感知相干峰位置来获得表面形貌信息。测量原理图如图1-5所示。而对于薄膜的测量，上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通过一次测量得到，但是由于薄膜上下表面的反射，会使提取出来的白光干涉信号出现双峰形式，变得更复杂。另外，由于白光扫描法需要扫描过程，因此测量时间较长而且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法，实现了对双峰干涉信号的自动分离，实现了薄膜厚度的测量。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量。

光纤白光干涉测量使用的是宽谱光源。光源的输出光功率和中心波长的稳定性是光源选取时需要重点考虑的参数。论文所设计的解调系统是通过检测干涉峰值的中心波长的移动实现的，所以光源中心波长的稳定性将对实验结果产生很大的影响。实验中我们所选用的光源是由INPHENIX公司生产的SLED光源，相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等特点。该光源采用+5V的直流供电，标定中心波长为1550nm，且其输出功率在一定范围内是可调的，驱动电流可以达到600mA。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。昌平区品牌膜厚仪

白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的表面和内部进行联合测量和分析。智能膜厚仪技术指导

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。智能膜厚仪技术指导

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