高精度膜厚仪的原理

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。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。高精度膜厚仪的原理

Michelson干涉物镜，准直透镜将白光缩束准直后垂直照射到待测晶圆上，反射光之间相互发生干涉，经准直镜后干涉光强进入光纤耦合单元，完成干涉部分。光纤传输的干涉信号进入光谱仪，计算机定时从光谱仪中采集光谱信号，获取诸如光强、反射率等信息，计算机对这些信息进行信号处理，滤除高频噪声信息，然后对光谱信息进行归一化处理，利用峰值对应的波长值，计算晶圆膜厚。光源采用氙灯光源，选择氙灯作为光源具有以下优点：氙灯均为连续光谱，且光谱分布几乎与灯输入功率变化无关，在寿命期内光谱能量分布也几乎不变；氙灯的光、电参数一致性好，工作状态受外界条件变化的影响小；氙灯具有较高的电光转换效率，可以输出高能量的平行光等。高精度膜厚仪的原理操作需要一定的专业素养和经验，需要进行充分的培训和实践。

光谱拟合法易于测量具有应用领域，由于使用了迭代算法，因此该方法的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会有出入，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。

在白光干涉中，当光程差为零时，会出现零级干涉条纹。随着光程差的增加，光源谱宽范围内的每条谱线形成的干涉条纹之间会发生偏移，叠加后整体效果导致条纹对比度降低。白光干涉原理的测量系统精度高，可以进行测量。采用白光干涉原理的测量系统具有抗干扰能力强、动态范围大、快速检测和结构简单紧凑等优点。虽然普通的激光干涉与白光干涉有所区别，但它们也具有许多共同之处。我们可以将白光看作一系列理想的单色光在时域上的相干叠加，而在频域上观察到的就是不同波长对应的干涉光强变化曲线。它可以用不同的软件进行数据处理和分析，比如建立数据库、统计数据等。

通过白光干涉理论分析，详细介绍了白光垂直扫描干涉技术和白光反射光谱技术的基本原理，并完成了应用于测量靶丸壳层折射率和厚度分布实验装置的设计和搭建。该实验装置由白光反射光谱探测模块、靶丸吸附转位模块、三维运动模块和气浮隔震平台等组成，能够实现对靶丸的负压吸附、靶丸位置的精密调整以及360°范围的旋转和特定角度下靶丸壳层白光反射光谱的测量。基于白光垂直扫描干涉和白光反射光谱的基本原理，提出了一种联合使用的靶丸壳层折射率测量方法。该方法利用白光反射光谱测量靶丸壳层光学厚度，利用白光垂直扫描干涉技术测量光线通过靶丸壳层后的光程增量，从而可以计算得到靶丸的折射率和厚度数据。总的来说，白光干涉膜厚仪是一种应用广、具有高精度和可靠性的薄膜厚度测量仪器。纳米级膜厚仪测距

该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。高精度膜厚仪的原理

由于靶丸自身特殊的特点和极端的实验条件，使得靶丸参数的测试工作变得异常复杂。光学测量方法具有无损、非接触、测量效率高、操作简便等优势，因此成为了测量靶丸参数的常用方式。目前常用于靶丸几何参数或光学参数测量的方法有白光干涉法、光学显微干涉法、激光差动共焦法等。然而，靶丸壳层折射率是冲击波分时调控实验研究中的重要参数，因此对其进行精密测量具有重要意义。 常用的折射率测量方法有椭圆偏振法、折射率匹配法、白光光谱法、布儒斯特角法等。高精度膜厚仪的原理