测量膜厚仪技术

薄膜作为一种特殊的微结构 ，近年来在电子学 、摩擦学、现代光学得到了广泛的应用，薄膜的测试技术变得越来越重要。尤其是在厚度这一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微观可测量。因此，在微纳测量领域中，薄膜厚度的测试是一个非常重要而且很实用的研究方向。在工业生产中，薄膜的厚度直接关系到薄膜能否正常工作。在半导体工业中，膜厚的测量是硅单晶体表面热氧化厚度以及平整度质量控制的重要手段。薄膜的厚度影响薄膜的电磁性能、力学性能和光学性能等，所以准确地测量薄膜的厚度成为一种关键技术。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。测量膜厚仪技术

自上世纪60年代起 ，利用X及β射线、近红外光源开发的在线薄膜测厚系统广泛应用于西方先进国家的工业生产线中。20世纪70年代后，为满足日益增长的质检需求，电涡流、电磁电容、超声波、晶体振荡等多种膜厚测量技术相继问世。90年代中期，随着离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、凝胶溶胶等新型薄膜制备技术取得巨大突破，以椭圆偏振法和光度法为展示的光学检测技术以高精度、低成本、轻便环保、高速稳固为研发方向不断迭代更新，迅速占领日用电器及工业生产市场，并发展出依据用户需求个性化定制产品的能力。其中，对于市场份额占比较大的微米级薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量准确度及分辨力以外，还要求测量系统在存在不规则环境干扰的工业现场下，具备较高的稳定性和抗干扰能力。原装膜厚仪答疑解惑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。

白光扫描干涉法采用白光为光源 ，压电陶瓷驱动参考镜进行扫描 ，干涉条纹扫过被测面，通过感知相干峰位置来获得表面形貌信息。测量原理图如图1-5所示。而对于薄膜的测量，上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通过一次测量得到，但是由于薄膜上下表面的反射，会使提取出来的白光干涉信号出现双峰形式，变得更复杂。另外，由于白光扫描法需要扫描过程，因此测量时间较长而且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法，实现了对双峰干涉信号的自动分离，实现了薄膜厚度的测量。

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。它可以用不同的软件进行数据处理和分析，比如建立数据库、统计数据等。

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉 ，图4-3是靶丸的垂直扫描干涉示意图，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，当垂直穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。光路长度越长，分辨率越高，但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。原装膜厚仪答疑解惑

白光干涉膜厚仪可以配合不同的软件进行分析和数据处理，例如建立数据库、统计数据等。测量膜厚仪技术

采用峰峰值法处理光谱数据时 ，被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需获得相邻的两干涉峰值处的波长信息即可得出光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低数据处理的难度。也可以利用多组相邻的干涉光谱极值对应的波长来分别求出光程差，然后再求平均值作为测量光程差，这样可以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源作为输入光源时，接收光谱中不可避免地叠加有与光源同分布的背景光，从而引起峰值处波长的改变，引入测量误差。同时，当两干涉信号之间的光程差很小，导致其干涉光谱只有一个干涉峰的时候，此法便不再适用。测量膜厚仪技术