测量膜厚仪原理

白光干涉的相干原理早在1975年就已经被提出，随后于1976年在光纤通信领域中获得了实现。1983年，BrianCulshaw的研究小组报道了白光干涉技术在光纤传感领域中的应用。随后在1984年，报道了基于白光干涉原理的完整的位移传感系统。该研究成果证明了白光干涉技术可以被用于测量能够转换成位移的物理参量。此后的几年间，白光干涉应用于温度、压力等的研究相继被报道。自上世纪九十年代以来，白光干涉技术快速发展，提供了实现测量的更多的解决方案。近几年以来，由于传感器设计与研制的进步，信号处理新方案的提出，以及传感器的多路复用等技术的发展，使得白光干涉测量技术的发展更加迅***光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进 。测量膜厚仪原理

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。品牌膜厚仪安装操作注意事项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。

薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…，当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n．的介质入射到折射率为n：、厚度为e的介质膜面(见图1)时，干涉明、暗纹条件为：

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=kλ，k=1,2,3,4,5...(1)

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=（2k＋1）λ/2，k=0，1,2,3,4...（2）

E式中k为干涉条纹级次；δ’为半波损失．

普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时，均近似地认为，δ’是指入射光波在光疏介质中前进，遇到光密介质i的界面时，在不超过临界角的条件下，不论人射角的大小如何，在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说， 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反)，故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定，而入射角j可变时，干涉条纹级次^随f而变，即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹)，叫等倾干涉，如以不同的入射角入射到平板介质上．当入射角￡一定，而膜厚。可变时，干涉条纹级次随。而变，即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉，如劈尖干涉和牛顿环．

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。这种膜厚仪可以测量大气压下 。

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。该仪器的使用需要一定的专业技能和经验，操作前需要进行充分的培训和实践。薄膜膜厚仪使用误区

白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进。测量膜厚仪原理

基于表面等离子体共振传感的测量方案，利用共振曲线的三个特征参量半高宽、—共振角和反射率小值，通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度，操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统，测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线，由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案，测量精度受环境影响较大，且测量结果存在多值性的问题，所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析，根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。测量膜厚仪原理