薄膜作為改善器件性能的重要途徑,被廣泛應用于現代光學、電子、醫療、能源、建材等技術領域。受薄膜制備工藝及生產環境影響,成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等問題,導致其光學及物理性能達不到設計要求,嚴重影響成品的性能及應用。隨著薄膜生產技術的迅速發展,準確測量和科學評價薄膜特性作為研究熱點,也引起產業界的高度重視。厚度作為關鍵指標直接影響薄膜工作特性,合理監控薄膜厚度對于及時調整生產工藝參數、降低加工成本、提高生產效率及企業競爭力等具有重要作用和深遠意義。然而,對于市場份額占比大的微米級工業薄膜,除要求測量系統不僅具有百納米級的測量精度之外,還要求具備體積小、穩定性好的特點,以適應工業現場環境的在線檢測需求。目前光學薄膜測厚方法仍無法兼顧高精度、輕小體積,以及合理的系統成本,而具備納米級測量分辨力的商用薄膜測厚儀器往往價格昂貴、體積較大,且無法響應工業生產現場的在線測量需求。基于以上分析,本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業薄膜厚度測量解決方案,研制小型化、低成本的薄膜厚度測量系統,并提出無需標定樣品的高效穩定的膜厚計算算法。研發的系統可以實現微米級工業薄膜的厚度測量。 白光干涉膜厚測量技術可以實現對薄膜的大范圍測量和分析。順義區膜厚儀產品使用誤區
光具有傳播的特性,不同波列在相遇的區域,振動將相互疊加,是各列光波獨自在該點所引起的振動矢量和。兩束光要發生干涉,應必須滿足三個相干條件,即:頻率一致、振動方向一致、相位差穩定一致。發生干涉的兩束光在一些地方振動加強,而在另一些地方振動減弱,產生規則的明暗交替變化。任何干涉測量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長和干涉相消的合振幅。與激光光源相比,白光光源的相干長度在幾微米到幾十微米內,通常都很短,更為重要的是,白光光源產生的干涉條紋具有一個典型的特征:即條紋有一個固定不變的位置,該固定位置對應于光程差為零的平衡位置,并在該位置白光輸出光強度具有最大值,并通過探測該光強最大值,可實現樣品表面位移的精密測量。此外,白光光源具有系統抗干擾能力強、穩定性好且動態范圍大、結構簡單,成本低廉等優點。因此,白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學測量技術在薄膜三維形貌測量、薄膜厚度精密測量等領域得以廣泛應用。恩施膜厚儀源頭直供廠家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。
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。
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。白光干涉膜厚測量技術可以對不同材料的薄膜進行聯合測量和分析。
干涉測量法[9-10]是基于光的干涉原理實現對薄膜厚度測量的光學方法,是一種高精度的測量技術。采用光學干涉原理的測量系統一般具有結構簡單,成本低廉,穩定性好,抗干擾能力強,使用范圍廣等優點。對于大多數的干涉測量任務,都是通過薄膜表面和基底表面之間產生的干涉條紋的形狀和分布規律,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,但是不能實現對靜態信號的測量,只能測量輸出信號的變化量或者是連續信號的變化,即只能實現相對測量。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。白光干涉膜厚測量技術可以應用于電子工業中的薄膜電阻率測量。靜海區膜厚儀產品使用誤區
白光干涉膜厚測量技術可以對薄膜的厚度、反射率、折射率等光學參數進行測量。順義區膜厚儀產品使用誤區
本章主要介紹了基于白光反射光譜和白光垂直掃描干涉聯用的靶丸殼層折射率測量方法。該方法利用白光反射光譜測量靶丸殼層光學厚度,利用白光垂直掃描干涉技術測量光線通過靶丸殼層后的光程增量,二者聯立即可求得靶丸折射率和厚度數據。在實驗數據處理方面,為解決白光干涉光譜中波峰位置難以精確確定和單極值點判讀可能存在干涉級次誤差的問題,提出MATLAB曲線擬合測定極值點波長以及利用干涉級次連續性進行干涉級次判定的數據處理方法。應用碳氫(CH)薄膜對測量結果的可靠性進行了實驗驗證。順義區膜厚儀產品使用誤區