薄膜干涉膜厚仪常用解决方案

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。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。薄膜干涉膜厚仪常用解决方案

利用包络线法计算薄膜的光学常数和厚度 ，但目前看来包络法还存在很多不足，包络线法需要产生干涉波动，要求在测量波段内存在多个干涉极值点，且干涉极值点足够多，精度才高。理想的包络线是根据联合透射曲线的切点建立的，在没有正确方法建立包络线时，通常使用抛物线插值法建立，这样造成的误差较大。包络法对测量对象要求高，如果薄膜较薄或厚度不足情况下，会造成干涉条纹减少，干涉波峰个数较少，要利用干涉极值点建立包络线就越困难，且利用抛物线插值法拟合也很困难，从而降低该方法的准确度。其次，薄膜吸收的强弱也会影响该方法的准确度，对于吸收较强的薄膜，随干涉条纹减少，极大值与极小值包络线逐渐汇聚成一条曲线，该方法就不再适用。因此，包络法适用于膜层较厚且弱吸收的样品。薄膜干涉膜厚仪常用解决方案白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析；

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。

薄膜作为改善器件性能的重要途径，被广泛应用于现代光学 、电子 、医疗、能源、建材等技术领域。受薄膜制备工艺及生产环境影响，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等问题，导致其光学及物理性能达不到设计要求，严重影响成品的性能及应用。随着薄膜生产技术的迅速发展，准确测量和科学评价薄膜特性作为研究热点，也引起产业界的高度重视。厚度作为关键指标直接影响薄膜工作特性，合理监控薄膜厚度对于及时调整生产工艺参数、降低加工成本、提高生产效率及企业竞争力等具有重要作用和深远意义。然而，对于市场份额占比大的微米级工业薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量精度之外，还要求具备体积小、稳定性好的特点，以适应工业现场环境的在线检测需求。目前光学薄膜测厚方法仍无法兼顾高精度、轻小体积，以及合理的系统成本，而具备纳米级测量分辨力的商用薄膜测厚仪器往往价格昂贵、体积较大，且无法响应工业生产现场的在线测量需求。基于以上分析，本课题提出基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。研发的系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。

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。白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量；原装膜厚仪以客为尊

白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量；薄膜干涉膜厚仪常用解决方案

光具有传播的特性 ，不同波列在相遇的区域，振动将相互叠加，是各列光波独自在该点所引起的振动矢量和。两束光要发生干涉，应必须满足三个相干条件，即：频率一致、振动方向一致、相位差稳定一致。发生干涉的两束光在一些地方振动加强，而在另一些地方振动减弱，产生规则的明暗交替变化。任何干涉测量都是完全建立在这种光波典型特性上的。下图分别表示干涉相长和干涉相消的合振幅。与激光光源相比，白光光源的相干长度在几微米到几十微米内，通常都很短，更为重要的是，白光光源产生的干涉条纹具有一个典型的特征：即条纹有一个固定不变的位置，该固定位置对应于光程差为零的平衡位置，并在该位置白光输出光强度具有最大值，并通过探测该光强最大值，可实现样品表面位移的精密测量。此外，白光光源具有系统抗干扰能力强、稳定性好且动态范围大、结构简单，成本低廉等优点。因此，白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等基于白光干涉的光学测量技术在薄膜三维形貌测量、薄膜厚度精密测量等领域得以广泛应用。薄膜干涉膜厚仪常用解决方案