微米级膜厚仪应用

常用的白光垂直扫描干涉系统的原理是：入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜，被分光镜分成两部分，一部分入射到固定的参考镜，另一部分入射到样品表面，当参考镜表面和样品表面的反射光再次汇聚后，发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)探测双白光光束的干涉图像。通过Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，获得一系列干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线，可得该点的Z向相对位移；然后，通过CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置，可测量被测样品表面的三维形貌。该系统具有高分辨率和高灵敏度等特点，广泛应用于微观表面形貌测量和薄膜厚度测量等领域。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。微米级膜厚仪应用

与激光光源相比以白光的宽光谱光源由于具有短相干长度的特点使得两光束只有在光程差极小的情况下才能发生干涉因此不会产生干扰条纹。同时由于白光干涉产生的干涉条纹具有明显的零光程差位置避免了干涉级次不确定的问题。本文以白光干涉原理为理论基础对单层透明薄膜厚度测量尤其对厚度小于光源相干长度的薄膜厚度测量进行了研究。首先从白光干涉测量薄膜厚度的原理出发、分别详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理。接着在金相显微镜的基础上构建了垂直型白光扫描系统作为实验中测试薄膜厚度的仪器并利用白光干涉原理对的位移量进行了标定。测量膜厚仪定做这种膜厚仪可以测量大气压下，1 nm到1mm范围内的薄膜厚度。

薄膜在现代光学、电子、医疗、能源和建材等技术领域得到广泛应用，可以提高器件性能。但是由于薄膜制备工艺和生产环境等因素的影响，成品薄膜存在厚度分布不均和表面粗糙度大等问题，导致其光学和物理性能无法达到设计要求，严重影响其性能和应用。因此，需要开发出精度高、体积小、稳定性好的测量系统以满足微米级工业薄膜的在线检测需求。当前的光学薄膜测厚方法无法同时兼顾高精度、轻小体积和合理的成本，而具有纳米级测量分辨率的商用薄膜测厚仪器价格昂贵、体积大，无法满足工业生产现场的在线测量需求。因此，提出了一种基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研发了小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出了一种无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。该系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。

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。Michelson干涉仪的光路长度支配了精度。

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。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，其性能和功能会得到提高和扩展。测量膜厚仪定做

增加光路长度可以提高仪器分辨率，但同时也会更容易受到振动等干扰，需要采取降噪措施。微米级膜厚仪应用

白光干涉在零光程差处，出现零级干涉条纹（在零级处，各波长光的干涉亮条纹都重合，因而零级条纹呈白色），随着光程差的增加，光源谱宽范围内的每条谱线各自形成的干涉条纹之间互有偏移，叠加的整体效果使条纹对比度下降。测量精度高，可以实现测量,采用白光干涉原理的测量系统的抗干扰能力强，动态范围大，具有快速检测和结构紧凑等优点。普通的激光干涉与白光干涉之间虽然有差别，但也有很多的共同之处。可以说，白光干涉实际上就是将白光看作一系列理想的单色光在时域上的相干叠加，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。微米级膜厚仪应用