保护膜厚度测量 膜厚仪

在对目前常用的白光干涉测量方案进行比较研究后发现，当两个干涉光束的光程差非常小导致干涉光谱只有一个峰时，基于相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。因此，我们提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案，适用于极小光程差。这种方案利用干涉光谱的峰值波长会随光程差变化而周期性地出现红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。我们在光纤白光干涉温度传感系统上验证了这一测量方案，并成功测量出光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验表明，锗膜厚度为一定值，与台阶仪测量结果存在差异是由于薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。误差主要来自光源的波长漂移和温度误差。膜厚仪的干涉测量能力较高，可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。保护膜厚度测量 膜厚仪

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。国内膜厚仪行业应用白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度控制；

白光干涉在零光程差处 ，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。

开展白光干涉理论分析 ，在此基础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，完成了应用于靶丸壳层折射率和厚度分布测量实验装置的设计及搭建。该实验装置主要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、气浮隔震平台等几部分组成，可实现靶丸的负压吸附、靶丸位置的精密调整以及靶丸360°范围的旋转及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,建立了二者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。当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。

极值法求解过程计算简单 ，速度快，同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，以至于精度不够高。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，通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm，以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。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，再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率（通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立评价函数，当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时，我们就可以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；国内膜厚仪行业应用

总结，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。保护膜厚度测量 膜厚仪

根据以上分析，白光干涉时域解调方案的优点如下：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、光源波长的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，因此扫描装置的分辨率会影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般在几个微米，要达到亚微米的分辨率则主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性所限制。文献[46]报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54微米。然而，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了限制。保护膜厚度测量 膜厚仪