高精度膜厚仪产品使用误区

在纳米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重要的参量之一，具有决定薄膜性质和性能的基本作用。然而，由于其极小尺寸及突出的表面效应，使得对纳米级薄膜的厚度准确测量变得困难。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，测量方法从手动到自动、有损到无损不断得到实现。对于不同性质薄膜，其适用的厚度测量方案也不相同。针对纳米级薄膜，应用光学原理的测量技术。相比其他方法，光学测量方法具有精度高、速度快、无损测量等优势，成为主要检测手段。其中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。白光干涉膜厚仪需要校准。高精度膜厚仪产品使用误区

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。纳米级膜厚仪传感器精度随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展；

根据以上分析可知 ，白光干涉时域解调方案的优点是：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动，光源的波长漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，所以扫描装置的分辨率将影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般是几个微米，达到亚微米的分辨率，主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性限制。文献[46]所报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54μm。当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到限制。

本章主要介绍了基于白光反射光谱和白光垂直扫描干涉联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，二者联立即可求得靶丸折射率和厚度数据。在实验数据处理方面，为解决白光干涉光谱中波峰位置难以精确确定和单极值点判读可能存在干涉级次误差的问题，提出MATLAB曲线拟合测定极值点波长以及利用干涉级次连续性进行干涉级次判定的数据处理方法。应用碳氢(CH)薄膜对测量结果的可靠性进行了实验验证。随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展 。

极值法求解过程计算简单，速度快，同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，因此精度不够高。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，通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况，以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。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，再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数，建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时，我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的在线检测和控制。高精度膜厚仪产品使用误区

操作之前需要专 业技能和经验的培训和实践。高精度膜厚仪产品使用误区

干涉法测量可表述为：白光干涉光谱法主要利用光的干涉原理和光谱分光原理，利用光在不同波长处的干涉光强进行求解。光源出射的光经分光棱镜分成两束，其中一束入射到参考镜，另一束入射到测量样品表面，两束光均发生反射并入射到分光棱镜，此时这两束光会发生干涉。干涉光经光谱仪采集得到白光光谱干涉信号，经由计算机处理数据、显示结果变化，之后读出厚度值或变化量。如何建立一套基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置，对于晶圆膜厚测量具有重要意义，设备价格、空间大小、操作难易程度都是其影响因素。高精度膜厚仪产品使用误区