薄膜作為一種特殊的微結構,近年來在電子學、摩擦學、現代光學得到了廣泛的應用,薄膜的測試技術變得越來越重要。尤其是在厚度這一特定方向上,尺寸很小,基本上都是微觀可測量。因此,在微納測量領域中,薄膜厚度的測試是一個非常重要而且很實用的研究方向。在工業生產中,薄膜的厚度直接關系到薄膜能否正常工作。在半導體工業中,膜厚的測量是硅單晶體表面熱氧化厚度以及平整度質量控制的重要手段。薄膜的厚度影響薄膜的電磁性能、力學性能和光學性能等,所以準確地測量薄膜的厚度成為一種關鍵技術。白光干涉膜厚測量技術可以實現對薄膜表面形貌的測量。山東國產膜厚儀
光譜擬合法易于測量具有應用領域,由于使用了迭代算法,因此該方法的優缺點在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著各種全局優化算法的引入,遺傳算法和模擬退火算法等新算法被用于薄膜參數的測量。其缺點是不夠實用,該方法需要一個較好的薄膜的光學模型(包括色散系數、吸收系數、多層膜系統),但是在實際測試過程中,薄膜的色散和吸收的公式通常不準確,尤其是對于多層膜體系,建立光學模型非常困難,無法用公式準確地表示出來。在實際應用中只能使用簡化模型,因此,通常全光譜擬合法不如極值法有效。另外該方法的計算速度慢也不能滿足快速計算的要求。濮陽膜厚儀制作廠家白光干涉膜厚測量技術可以應用于材料科學中的薄膜微結構分析。
常用白光垂直掃描干涉系統的原理示意圖,入射的白光光束通過半反半透鏡進入到顯微干涉物鏡后,被分光鏡分成兩部分,一個部分入射到固定的參考鏡,一部分入射到樣品表面,當參考鏡表面和樣品表面的反射光通過分光鏡后,再次匯聚發生干涉,干涉光通過透鏡后,利用電荷耦合器(CCD)可探測整個視場內雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺帶動干涉鏡頭或樣品臺Z向掃描,可獲得一系列的干涉圖像。根據干涉圖像序列中對應點的光強隨光程差變化曲線,可得該點的Z向相對位移;然后,由CCD圖像中每個像素點光強最大值對應的Z向位置獲得被測樣品表面的三維形貌。
光學測厚方法集光學、機械、電子、計算機圖像處理技術為一體,以其光波長為測量基準,從原理上保證了納米級的測量精度。同時,光學測厚作為非接觸式的測量方法,被廣泛應用于精密元件表面形貌及厚度的無損測量。其中,薄膜厚度光學測量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學原理可分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測量方法。不同的測量方法,其適用范圍各有側重,褒貶不一。因此結合多種測量方法的多通道式復合測量法也有研究,如橢圓偏振法和光度法結合的光譜橢偏法,彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結合法等。白光干涉膜厚測量技術是一種測量薄膜厚度的方法。
在納米量級薄膜的各項相關參數中,薄膜材料的厚度是薄膜設計和制備過程中的重要參數,是決定薄膜性質和性能的基本參量之一,它對于薄膜的光學、力學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。經過眾多科研技術人員的探索和研究,新的薄膜厚度測量理論和測量技術不斷涌現,測量方法實現了從手動到自動,有損到無損測量。由于待測薄膜材料的性質不同,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,利用光學原理的測量技術應用。相比于其他方法,光學測量方法因為具有精度高,速度快,無損測量等優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。白光干涉膜厚測量技術可以實現對復雜薄膜結構的測量。山東國產膜厚儀
白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉圖像的分析實現對不同材料的薄膜的聯合測量和分析。山東國產膜厚儀
極值法求解過程計算簡單,速度快,同時確定薄膜的多個光學常數及解決多值性問題,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恰當。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識來設置每個擬合參數上限、下限,并為該區域的薄膜生成一組或多組光學參數及厚度的初始值,引入適合的色散模型,再根據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(通過光學系統直接測量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立評價函數,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的初始值就是要測量的薄膜參數。山東國產膜厚儀