由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測(cè)量方法各有優(yōu)缺，難以一概而論。將上述各測(cè)量特點(diǎn)總結(jié)如表1-1所示，按照薄膜厚度的增加，適用的測(cè)量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對(duì)于小于1μm的較薄薄膜，白光干涉輪廓儀的測(cè)量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對(duì)于小于200nm的薄膜，由于透過(guò)率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更加可靠?；诎坠飧缮嬖淼墓鈱W(xué)薄膜厚度測(cè)量方案目前主要集中于測(cè)量透明或者半透明薄膜，通過(guò)使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測(cè)薄膜厚度。本章在詳細(xì)研究白光干涉測(cè)量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性的基礎(chǔ)上，分析得到了常用的基于兩個(gè)相鄰干涉峰的白光干涉解調(diào)方案不適用于極短光程差測(cè)量的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，我們提出了基于干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量解調(diào)技術(shù)。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。無(wú)錫工廠膜厚儀

干涉測(cè)量法[9-10]是基于光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度測(cè)量的光學(xué)方法，是一種高精度的測(cè)量技術(shù)。采用光學(xué)干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)一般具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)的干涉測(cè)量任務(wù)，都是通過(guò)薄膜表面和基底表面之間產(chǎn)生的干涉條紋的形狀和分布規(guī)律，來(lái)研究干涉裝置中待測(cè)物理量引入的光程差或者是位相差的變化，從而達(dá)到測(cè)量目的。光學(xué)干涉測(cè)量方法的測(cè)量精度可達(dá)到甚至優(yōu)于納米量級(jí)，而利用外差干涉進(jìn)行測(cè)量，其精度甚至可以達(dá)到10-3nm量級(jí)[11]。根據(jù)所使用光源的不同，干涉測(cè)量方法又可以分為激光干涉測(cè)量和白光干涉測(cè)量?jī)纱箢?。激光干涉測(cè)量的分辨率更高，但是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)信號(hào)的測(cè)量，只能測(cè)量輸出信號(hào)的變化量或者是連續(xù)信號(hào)的變化，即只能實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)量。而白光干涉是通過(guò)對(duì)干涉信號(hào)中心條紋的有效識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量，是一種測(cè)量方式，在薄膜厚度的測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。湖南新型膜厚儀白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

在納米量級(jí)薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中，薄膜材料的厚度是薄膜設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中的重要參數(shù)，是決定薄膜性質(zhì)和性能的基本參量之一，它對(duì)于薄膜的光學(xué)、力學(xué)和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級(jí)薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應(yīng)，使得對(duì)其厚度的準(zhǔn)確測(cè)量變得困難。經(jīng)過(guò)眾多科研技術(shù)人員的探索和研究，新的薄膜厚度測(cè)量理論和測(cè)量技術(shù)不斷涌現(xiàn)，測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)到自動(dòng)，有損到無(wú)損測(cè)量。由于待測(cè)薄膜材料的性質(zhì)不同，其適用的厚度測(cè)量方案也不盡相同。對(duì)于厚度在納米量級(jí)的薄膜，利用光學(xué)原理的測(cè)量技術(shù)應(yīng)用。相比于其他方法，光學(xué)測(cè)量方法因?yàn)榫哂芯雀?，速度快，無(wú)損測(cè)量等優(yōu)勢(shì)而成為主要的檢測(cè)手段。其中具有代表性的測(cè)量方法有橢圓偏振法，干涉法，光譜法，棱鏡耦合法等。

采用峰峰值法處理光譜數(shù)據(jù)時(shí)，被測(cè)光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需獲得相鄰的兩干涉峰值處的波長(zhǎng)信息即可得出光程差，不必關(guān)心此波長(zhǎng)處的光強(qiáng)大小，從而降低數(shù)據(jù)處理的難度。也可以利用多組相鄰的干涉光譜極值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)來(lái)分別求出光程差，然后再求平均值作為測(cè)量光程差，這樣可以提高該方法的測(cè)量精度。但是，峰峰值法存在著一些缺點(diǎn)：當(dāng)使用寬帶光源作為輸入光源時(shí)，接收光譜中不可避免地疊加有與光源同分布的背景光，從而引起峰值處波長(zhǎng)的改變，引入測(cè)量誤差。同時(shí)，當(dāng)兩干涉信號(hào)之間的光程差很小，導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰的時(shí)候，此法便不再適用。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜薄膜結(jié)構(gòu)的測(cè)量。

論文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測(cè)量方法也不同。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點(diǎn)，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù)，且能激發(fā)明顯的表面等離子體效應(yīng)，因而可借助基于表面等離子體共振的測(cè)量方法；為了進(jìn)一步改善測(cè)量的精度，論文還研究了外差干涉測(cè)量法，通過(guò)引入高精度的相位解調(diào)手段，檢測(cè)P光與S光之間的相位差提升厚度測(cè)量的精度。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于光學(xué)涂層中的薄膜反射率測(cè)量。小型膜厚儀的用途和特點(diǎn)

白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜表面形貌的測(cè)量。無(wú)錫工廠膜厚儀

針對(duì)微米級(jí)工業(yè)薄膜厚度測(cè)量，研究了基于寬光譜干涉的反射式法測(cè)量方法。根據(jù)薄膜干涉及光譜共聚焦原理，綜合考慮成本、穩(wěn)定性、體積等因素要求，研制了滿足工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)波長(zhǎng)分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，結(jié)合經(jīng)典模態(tài)分解和非均勻傅里葉變換思想，提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法，能有效利用全光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取相位變化，對(duì)由環(huán)境噪聲帶來(lái)的假頻干擾，具有很好的抗干擾性。通過(guò)對(duì)PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片，PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測(cè)量實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明測(cè)厚系統(tǒng)具有1~75μm厚度的測(cè)量量程，μm.的測(cè)量不確定度。由于無(wú)需對(duì)焦，可在10ms內(nèi)完成單次測(cè)量，滿足工業(yè)級(jí)測(cè)量高效便捷的應(yīng)用要求。無(wú)錫工廠膜厚儀

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