由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對系統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(diǎn)總結如表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(guò)率曲線(xiàn)缺少峰谷值，橢圓偏振法結果更加可靠?；诎坠飧缮嬖淼墓鈱W(xué)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(guò)使用不同的解調技術(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)的常用解調方案、解調原理及其局限性的基礎上，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方案不適用于極短光程差測量的結論。在此基礎上，我們提出了基于干涉光譜單峰值波長(cháng)移動(dòng)的白光干涉測量解調技術(shù)。白光干涉膜厚測量技術(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(chǎng)膜厚儀
干涉測量法[9-10]是基于光的干涉原理實(shí)現對薄膜厚度測量的光學(xué)方法，是一種高精度的測量技術(shù)。采用光學(xué)干涉原理的測量系統一般具有結構簡(jiǎn)單，成本低廉，穩定性好，抗干擾能力強，使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。對于大多數的干涉測量任務(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律，來(lái)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(xué)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(jìn)行測量，其精度甚至可以達到10-3nm量級[11]。根據所使用光源的不同，干涉測量方法又可以分為激光干涉測量和白光干涉測量?jì)纱箢?lèi)。激光干涉測量的分辨率更高，但是不能實(shí)現對靜態(tài)信號的測量，只能測量輸出信號的變化量或者是連續信號的變化，即只能實(shí)現相對測量。而白光干涉是通過(guò)對干涉信號中心條紋的有效識別來(lái)實(shí)現對物理量的測量，是一種測量方式，在薄膜厚度的測量中得到了廣泛的應用。湖南新型膜厚儀白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數進(jìn)行測量。
在納米量級薄膜的各項相關(guān)參數中，薄膜材料的厚度是薄膜設計和制備過(guò)程中的重要參數，是決定薄膜性質(zhì)和性能的基本參量之一，它對于薄膜的光學(xué)、力學(xué)和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應，使得對其厚度的準確測量變得困難。經(jīng)過(guò)眾多科研技術(shù)人員的探索和研究，新的薄膜厚度測量理論和測量技術(shù)不斷涌現，測量方法實(shí)現了從手動(dòng)到自動(dòng)，有損到無(wú)損測量。由于待測薄膜材料的性質(zhì)不同，其適用的厚度測量方案也不盡相同。對于厚度在納米量級的薄膜，利用光學(xué)原理的測量技術(shù)應用。相比于其他方法，光學(xué)測量方法因為具有精度高，速度快，無(wú)損測量等優(yōu)勢而成為主要的檢測手段。其中具有代表性的測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據時(shí)，被測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(cháng)信息即可得出光程差，不必關(guān)心此波長(cháng)處的光強大小，從而降低數據處理的難度。也可以利用多組相鄰的干涉光譜極值對應的波長(cháng)來(lái)分別求出光程差，然后再求平均值作為測量光程差，這樣可以提高該方法的測量精度。但是，峰峰值法存在著(zhù)一些缺點(diǎn)：當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(cháng)的改變，引入測量誤差。同時(shí)，當兩干涉信號之間的光程差很小，導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。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現對復雜薄膜結構的測量。
論文主要以半導體鍺和貴金屬金兩種材料為對象，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)現納米級薄膜厚度準確測量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測量方法也不同。半導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量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復數，且能激發(fā)明顯的表面等離子體效應，因而可借助基于表面等離子體共振的測量方法；為了進(jìn)一步改善測量的精度，論文還研究了外差干涉測量法，通過(guò)引入高精度的相位解調手段，檢測P光與S光之間的相位差提升厚度測量的精度。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應用于光學(xué)涂層中的薄膜反射率測量。小型膜厚儀的用途和特點(diǎn)
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現對薄膜表面形貌的測量。無(wú)錫工廠(chǎng)膜厚儀
針對微米級工業(yè)薄膜厚度測量，研究了基于寬光譜干涉的反射式法測量方法。根據薄膜干涉及光譜共聚焦原理，綜合考慮成本、穩定性、體積等因素要求，研制了滿(mǎn)足工業(yè)應用的小型薄膜厚度測量系統。根據波長(cháng)分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，結合經(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據準確提取相位變化，對由環(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PVC標準厚度片，PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實(shí)驗對系統性能進(jìn)行了驗證，結果表明測厚系統具有1~75μm厚度的測量量程，μm.的測量不確定度。由于無(wú)需對焦，可在10ms內完成單次測量，滿(mǎn)足工業(yè)級測量高效便捷的應用要求。無(wú)錫工廠(chǎng)膜厚儀