白光干涉膜厚儀使用方法

光譜法是一種以光的干涉效應為基礎(chǔ)的薄膜厚度測量方法，分為反射法和透射法兩種類型。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，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)與厚度一一對應。因此，可以根據(jù)這種光譜特性來確定薄膜的厚度和光學參數(shù)。光譜法的優(yōu)點是可以同時測量多個參數(shù)，并能有效地排除解的多值性，測量范圍廣，是一種無損測量技術(shù)。其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，因此測量精度不高，對于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前，這種方法主要用于有機薄膜的厚度測量。白光干涉膜厚儀可以配合不同的軟件進行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。白光干涉膜厚儀使用方法

為了分析白光反射光譜的測量范圍，進行了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測量實驗。實驗結(jié)果顯示，對于殼層厚度為30μm的靶丸，其白光反射光譜各譜峰非常密集，干涉級次數(shù)值大；此外，由于靶丸殼層的吸收，壁厚較大的靶丸信號強度相對較弱。隨著靶丸殼層厚度的進一步增加，其白光反射光譜各譜峰將更加密集，難以實現(xiàn)對各干涉譜峰波長的測量。為實現(xiàn)較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量，需采用紅外寬譜光源和光譜探測器。對于殼層厚度為μm的靶丸，測量的波峰相對較少，容易實現(xiàn)殼層白光反射光譜譜峰波長的準確測量；隨著靶丸殼層厚度的進一步減小，兩干涉信號之間的光程差差異非常小，以至于光譜信號中只有一個干涉波峰，難以使用峰值探測的白光反射光譜方法測量其厚度。為了實現(xiàn)較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量，可采用紫外寬譜光源和光譜探測器提升其探測厚度下限。原裝膜厚儀生產(chǎn)商總的來說，白光干涉膜厚儀是一種應用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測量儀器。

白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出，隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實現(xiàn)。1983年，BrianCulshaw的研究小組報道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應用。隨后在1984年，報道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng)。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量。此后的幾年間，白光干涉應用于溫度、壓力等的研究相繼被報道。自上世紀九十年代以來，白光干涉技術(shù)快速發(fā)展，提供了實現(xiàn)測量的更多的解決方案。近幾年以來，由于傳感器設(shè)計與研制的進步，信號處理新方案的提出，以及傳感器的多路復用等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測量技術(shù)的發(fā)展更加迅速。

極值法求解過程計算簡單，快速，同時確定薄膜的多個光學常數(shù)及解決多值性問題，測試范圍廣，但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素，以至于精度不夠高。此外，由于受曲線擬合精度的限制，該方法對膜厚的測量范圍有要求，通常用這種方法測量的薄膜厚度應大于200nm且小于10μm，以確保光譜信號中的干涉波峰數(shù)恰當。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識來設(shè)置每個擬合參數(shù)上限、下限，并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學參數(shù)及厚度的初始值，引入適合的色散模型，再根據(jù)麥克斯韋方程組的推導。這樣求得的值自然和實際的透過率和反射率（通過光學系統(tǒng)直接測量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立評價函數(shù)，當計算的透過率/反射率與實際值之間的偏差小時，我們就可以認為預設(shè)的初始值就是要測量的薄膜參數(shù)。通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度，利用膜層與底材的反射率和相位差來實現(xiàn)測量。

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。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)。廣泛應用于半導體、光學、電子、化學等領(lǐng)域，為研究和開發(fā)提供了有力的手段。膜厚儀常用解決方案

光路長度越長，儀器分辨率越高，但也越容易受到干擾因素的影響，需要采取降噪措施。白光干涉膜厚儀使用方法

白光干涉頻域解調(diào)是利用頻域分析解調(diào)信號的一種方法。與時域解調(diào)裝置相比，測量裝置幾乎相同，只需將光強測量裝置更換為光譜儀或CCD。由于時域解調(diào)中接收到的信號是一定范圍內(nèi)所有波長光強疊加，因此將頻譜信號中各個波長的光強疊加起來即可得到它對應的時域接收信號。因此，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，而且包括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，仍然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，可以將寬譜光變成窄帶光譜，從而增加光譜的相干長度。這種解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點是整個測量系統(tǒng)中沒有使用機械掃描部件，因此在測量的穩(wěn)定性和可靠性方面得到了顯著提高。常見的頻域解調(diào)方法包括峰峰值檢測法、傅里葉解調(diào)法和傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。白光干涉膜厚儀使用方法