薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

针对微米级工业薄膜厚度测量，开发了一种基于宽光谱干涉的反射式法测量方法，并研制了适用于工业应用的小型薄膜厚度测量系统，考虑了成本、稳定性、体积等因素要求。该系统结合了薄膜干涉和光谱共聚焦原理，采用波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型，利用经典模态分解和非均匀傅里叶变换的思想，提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法。该算法能够有效利用全光谱数据准确提取相位变化，抗干扰能力强，能够排除环境噪声等假频干扰。经过对PVC标准厚度片、PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验验证，结果表明该测厚系统具有1~75微米厚度的测量量程和微米级的测量不确定度，而且无需对焦，可以在10ms内完成单次测量，满足工业级测量需要的高效便捷的应用要求。白光干涉膜厚测量技术的精度可以达到纳米级别。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

针对现有技术的不足，提供一种基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置。该装置包括白光光源、显微镜、分束镜、干涉物镜、光纤传输单元、准直器、光谱仪、USB传输线、计算机。光谱仪主要包括六部分，分别是：光纤入口、准直镜、光栅、聚焦镜、区域检测器、带OFLV滤波器的探测器。测量具体步骤为：白光光源发出白光，经由光纤，通过光纤探头垂直入射至晶圆表面，样品薄膜上表面和下表面反射光相干涉形成的干涉谱，由反射光纤探头接收，再由光纤传送到光谱仪，光谱仪连续记录反射信号，通过USB线将测量数据传输到电脑。可以实现对晶圆膜厚的无损测量，时间快、设备小巧、操作简单、精度高，适合实验室检测。原装膜厚仪源头直供厂家当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。

光镜和参考板组成，光源发出的光经过显微镜后被分光棱镜分成两部分，一束作为参考光入射到参考镜并反射，另一束作为测量光入射到样品表面被反射，两束反射光反射到分光棱镜并发生干涉。由于实验中需要调节样品与被测样品的角度，以便更好进行测量，5XMichelson型干涉物镜可以通过其配置的两个旋钮进行调节，旋钮能够在较大的范围内调节参考镜角度，可以调节到理想角度。光纤在测试系统中负责传光，将显微镜视场干涉信号传输到微型光谱仪。系统选用光纤为海洋光学公司生产的高级光纤组件，光纤连接线的内层为硅树脂包裹的单线钢圈，外层为诺梅克斯编织物，以求更好地减轻应力并起到有效的保护作用。该组件末段是易于操作的金属环---高精密度的SMA连接器。光纤一端与适配器连接，另一端与微型光谱仪连接，以将干涉光信号传入光谱仪中。

白光干涉测量技术，也被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，例如发光二极管、超辐射发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样，白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化，进而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。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值，从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量，克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时，相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前，经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、应变、温度、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。操作之前需要专业技能和经验的培训和实践。

干涉测量法是一种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，其采用光学干涉原理的测量系统具有结构简单、成本低廉、稳定性高、抗干扰能力强、使用范围广等优点。对于大多数干涉测量任务，都是通过分析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，来研究待测物理量引入的光程差或位相差的变化，从而实现测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10^-3 nm量级。根据所使用的光源不同，干涉测量方法可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，在薄膜厚度测量中得到了广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术的研究需要对光学理论和光学仪器有较深入的了解。原装膜厚仪源头直供厂家

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。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点

本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法来实现纳米级薄膜厚度的准确测量，研究对象为半导体锗和贵金属金两种材料。由于不同材料薄膜的特性差异，所适用的测量方法也会有所不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，由于其折射率为复数，且具有表面等离子体效应，所以采用基于表面等离子体共振的测量方法会更合适。为了进一步提高测量精度，本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来检测P光与S光之间的相位差，以提高厚度测量的精度。薄膜干涉膜厚仪的用途和特点