微米级膜厚仪常用解决方案

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相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。将各测量特点总结所示，按照薄膜厚度的增加，适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、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。该仪器的使用需要一定的专业技能和经验，操作前需要进行充分的培训和实践。微米级膜厚仪常用解决方案

 基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究：在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上，我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此，我们提出了适用于极小光程差并基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。根据这一原理，搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证，得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为，与台阶仪测量结果存在，这是因为薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。国内膜厚仪常用知识白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量。

白光干涉测量技术，也称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样，白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化，并通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是，由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。因此，中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考，只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量，克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时，相对于其他测量技术，白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等领域已得到广泛应用。

该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性，主要涉及三种方法，分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，选择采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，其折射率为复数，且能够激发表面等离子体效应，因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度，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并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。白光干涉膜厚仪可以配合不同的软件进行分析和数据处理，例如建立数据库、统计数据等。

使用了迭代算法的光谱拟合法，其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着各种全局优化算法的引入，遗传算法和模拟退火算法等新算法被用于薄膜参数的测量。其缺点是不够实用，该方法需要一个较好的薄膜的光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统)，但是在实际测试过程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不准确，尤其是对于多层膜体系，建立光学模型非常困难，无法用公式准确地表示出来。在实际应用中只能使用简化模型，因此，通常全光谱拟合法不如极值法有效。另外该方法的计算速度慢也不能满足快速计算的要求。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。高精度膜厚仪厂家

白光干涉膜厚测量技术可以应用于不同材料的薄膜的研究和制造中。微米级膜厚仪常用解决方案

极值法求解过程计算简单，快速，同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，以至于精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm，以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率（通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立评价函数，当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时，我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。微米级膜厚仪常用解决方案