宝山区高精度膜厚仪

光学测厚方法集光学、机械、电子、计算机图像处理技术为一体，以其光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。同时，光学测厚作为非接触式的测量方法，被广泛应用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。其中，薄膜厚度光学测量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光学原理可分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法，其适用范围各有侧重，褒贬不一。因此结合多种测量方法的多通道式复合测量法也有研究，如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学传感器中的薄膜厚度测量。宝山区高精度膜厚仪

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，且能激发明显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。苏州新型膜厚仪白光干涉膜厚测量技术可以应用于半导体制造中的薄膜厚度控制。

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。

自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来，人们在理论和实验上展开了讨论和研究。结果表明，动态的光谱位移可以产生新的滤波器，应用于光学信号处理和加密领域。在论文中，我们提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案，可以用于当光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时的信号解调，实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中，当干涉光程差超过光源相干长度的时候，仍然可以观察到干涉条纹。出现这种现象的原因是白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加，每一列单色光的相干长度都是无限的。当我们使用光谱仪来接收干涉光谱时，由于光谱仪光栅的分光作用，将宽光谱的白光变成了窄带光谱，从而使相干长度发生变化。白光干涉膜厚测量技术的精度可以达到纳米级别。

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。白光干涉膜厚测量技术可以应用于生物医学中的薄膜生物学特性分析。高速膜厚仪调试

白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉曲线的分析实现对薄膜的光学参数和厚度分布的联合测量和分析。宝山区高精度膜厚仪

基于表面等离子体共振传感的测量方案，利用共振曲线的三个特征参量—共振角、半高宽和反射率小值，通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度，操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统，测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线，由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案，测量精度受环境影响较大，且测量结果存在多值性的问题，所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析，根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。宝山区高精度膜厚仪