金山区高精度膜厚仪

在初始相位为零的情况下，当被测光与参考光之间的光程差为零时，光强度将达到最大值。为探测两个光束之间的零光程差位置，需要精密Z向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动或移动载物台，垂直扫描过程中，用探测器记录下干涉光强，可得白光干涉信号强度与Z向扫描位置（两光束光程差）之间的变化曲线。干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化示意图，曲线中光强极大值位置即为零光程差位置，通过零过程差位置的精密定位，即可实现样品表面相对位移的精密测量；通过确定最大值对应的Z向位置可获得被测样品表面的三维高度。白光干涉膜厚测量技术可以应用于纳米制造中的薄膜厚度测量。金山区高精度膜厚仪

    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。 朝阳区高速膜厚仪白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的形貌测量。

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对不同材料的薄膜进行联合测量和分析。

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。白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对不同材料的薄膜的联合测量和分析。广西新型膜厚仪

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论文所研究的锗膜厚度约300nm，导致其白光干涉输出光谱只有一个干涉峰，此时常规基于相邻干涉峰间距解调的方案（如峰峰值法等）将不再适用。为此，我们提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计搭建了膜厚测量系统。温度测量实验结果表明，峰值波长与温度变化之间具有良好的线性关系。利用该测量方案，我们测得实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要来自于温度控制误差和光源波长漂移。论文通过对纳米级薄膜厚度的测量方案研究，实现了对锗膜和金膜的厚度测量。论文主要的创新点是提出了白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。金山区高精度膜厚仪