光譜法是以光的干涉效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種薄膜厚度測量方法，分為反射法和透射法兩類[12]。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射會引起多光束干涉效應(yīng)，不同特性的薄膜材料的反射率和透過率曲線是不同的，并且在全光譜范圍內(nèi)與厚度之間是一一對應(yīng)關(guān)系。因此，根據(jù)這一光譜特性可以得到薄膜的厚度以及光學參數(shù)。光譜法的優(yōu)點是可以同時測量多個參數(shù)且可以有效的排除解的多值性，測量范圍廣，是一種無損測量技術(shù)；缺點是對樣品薄膜表面條件的依賴性強，測量穩(wěn)定性較差，因而測量精度不高；對于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前，這種方法主要應(yīng)用于有機薄膜的厚度測量。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對不同材料的薄膜進行測量。許昌膜厚儀推薦
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對系統(tǒng)的測量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測量方法各有優(yōu)缺，難以一概而論。將上述各測量特點總結(jié)如表1-1所示，按照薄膜厚度的增加，適用的測量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對于小于1μm的較薄薄膜，白光干涉輪廓儀的測量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對于小于200nm的薄膜，由于透過率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更加可靠?；诎坠飧缮嬖淼墓鈱W薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或者半透明薄膜，通過使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測薄膜厚度。本章在詳細研究白光干涉測量技術(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移動的白光干涉測量解調(diào)技術(shù)。湖北膜厚儀產(chǎn)品基本性能要求白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜的非接觸式測量。
干涉測量法[9-10]是基于光的干涉原理實現(xiàn)對薄膜厚度測量的光學方法，是一種高精度的測量技術(shù)。采用光學干涉原理的測量系統(tǒng)一般具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，使用范圍廣等優(yōu)點。對于大多數(shù)的干涉測量任務(wù)，都是通過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，來研究干涉裝置中待測物理量引入的光程差或者是位相差的變化，從而達到測量目的。光學干涉測量方法的測量精度可達到甚至優(yōu)于納米量級，而利用外差干涉進行測量，其精度甚至可以達到10-3nm量級[11]。根據(jù)所使用光源的不同，干涉測量方法又可以分為激光干涉測量和白光干涉測量兩大類。激光干涉測量的分辨率更高，但是不能實現(xiàn)對靜態(tài)信號的測量，只能測量輸出信號的變化量或者是連續(xù)信號的變化，即只能實現(xiàn)相對測量。而白光干涉是通過對干涉信號中心條紋的有效識別來實現(xiàn)對物理量的測量，是一種測量方式，在薄膜厚度的測量中得到了廣泛的應(yīng)用。
與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長度的特點使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發(fā)生干涉因此不會產(chǎn)生干擾條紋。同時由于白光干涉產(chǎn)生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置避免了干涉級次不確定的問題。本文以白光干涉原理為理論基礎(chǔ)對單層透明薄膜厚度測量尤其對厚度小于光源相干長度的薄膜厚度測量進行了研究。首先從白光干涉測量薄膜厚度的原理出發(fā)、分別詳細闡述了白光干涉原理和薄膜測厚原理。接著在金相顯微鏡的基礎(chǔ)上構(gòu)建了型垂直白光掃描系統(tǒng)作為實驗中測試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對的位移量進行了標定。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于光學涂層中的薄膜反射率測量。
白光干涉頻域解調(diào)顧名思義是在頻域分析解調(diào)信號，測量裝置與時域解調(diào)裝置幾乎相同，只需把光強測量裝置換為光譜儀或者是CCD，接收到的信號是光強隨著光波長的分布。由于時域解調(diào)中接收到的信號是一定范圍內(nèi)所有波長的光強疊加，因此將頻譜信號中各個波長的光強疊加，即可得到與它對應(yīng)的時域接收信號。由此可見，頻域的白光干涉條紋不僅包含了時域白光干涉條紋的所有信息，還包含了時域干涉條紋中沒有的波長信息。在頻域干涉中，當兩束相干光的光程差遠大于光源的相干長度時，仍可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內(nèi)部的光柵具有分光作用，能夠?qū)捵V光變成窄帶光譜，從而增加了光譜的相干長度。這一解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點就是在整個測量系統(tǒng)中沒有使用機械掃描部件，從而在測量的穩(wěn)定性和可靠性上得到很大的提高。常見的頻域解調(diào)方法有峰峰值檢測法、傅里葉解調(diào)法以及傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于半導體制造中的薄膜厚度控制。湖北膜厚儀產(chǎn)品基本性能要求
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于電子工業(yè)中的薄膜電阻率測量。許昌膜厚儀推薦
白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空間位置的變化，從而得到被測物體的信息。它是在單色光相移干涉術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。單色光相移干涉術(shù)利用光路使參考光和被測表面的反射光發(fā)生干涉，再使用相移的方法調(diào)制相位，利用干涉場中光強的變化計算出其每個數(shù)據(jù)點的初始相位，但是這樣得到的相位是位于（-π，+π]間，所以得到的是不連續(xù)的相位。因此，需要進行相位展開使其變?yōu)檫B續(xù)相位。再利用高度與相位的信息求出被測物體的表面形貌。單色光相移法具有測量速度快、測量分辨力高、對背景光強不敏感等優(yōu)點。但是，由于單色光干涉無法確定干涉條紋的零級位置。因此，在相位解包裹中無法得到相位差的周期數(shù)，所以只能假定相位差不超過一個周期，相當于測試表面的相鄰高度不能超過四分之一波長[27]。這就限制了其測量的范圍，使它只能測試連續(xù)結(jié)構(gòu)或者光滑表面結(jié)構(gòu)。許昌膜厚儀推薦