光學測厚方法結合了光學、機械、電子和計算機圖像處理技術,以光波長為測量基準,從原理上保證了納米級的測量精度。由于光學測厚是非接觸式的測量方法,因此被用于精密元件表面形貌及厚度的無損測量。針對薄膜厚度的光學測量方法,可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光學原理分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測量方法。不同的測量方法各有優缺點和適用范圍。因此,有一些研究采用了多通道式復合測量法,結合多種測量方法,例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。工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差,通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度。納米級膜厚儀企業
白光反射光譜探測模塊中,入射光經過分光鏡1分光后,一部分光照射到靶丸表面,靶丸殼層上、下表面的反射光經物鏡、分光鏡1、聚焦透鏡、分光鏡2后,一部分光聚焦到光纖端面并到達光譜儀探測器,實現了靶丸殼層白光干涉光譜的測量。另一部分光到達CCD探測器,獲得靶丸表面的光學圖像。靶丸吸附轉位模塊和三維運動模塊分別用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的轉位和靶丸位置的調整。在測量過程中,將靶丸放置于軸系吸嘴前端,通過微型真空泵將其吸附于吸嘴上;然后,移動位移平臺,將靶丸移動至CCD視場中心,Z向位移臺可調整視場清晰度;利用光譜儀探測靶丸殼層的白光反射光譜;靶丸在軸系的帶動下,平穩轉動到特定角度,為消除軸系回轉誤差所帶來的誤差,可通過調整調心結構,使靶丸定點位于視場中心并采集其白光反射光譜。重復以上步驟,可實現靶丸特定位置或圓周輪廓白光反射光譜數據的測量。為減少外界干擾和震動所引起的測量誤差,該裝置放置于氣浮平臺上,通過高性能的隔振效果,保證了測量結果的穩定性。薄膜測厚 膜厚儀白光干涉膜厚儀需要校準,標準樣品的選擇和使用至關重要。
折射率分別為1.45和1.62的2塊玻璃板,使其一端相接觸,形成67的尖劈.將波長為550nm的單色光垂直投射在劈上,并在上方觀察劈的干涉條紋,試求條紋間距。
我們可以分2種可能的情況來討論:
一般玻璃的厚度可估計為1mm的量級,這個量級相對于光的波長550nm而言,應該算是膜厚e遠遠大于波長^的厚玻璃了,所以光線通過上玻璃板時應該無干涉現象,同理光線通過下玻璃板時也無干涉現象.空氣膜厚度因劈角很小而很薄,與波長可比擬,所以光線通過空氣膜應該有干涉現象,在空氣膜的下表面處有一半波損失,故光程差應該為2n2e+λ/2.
(2)假設玻璃板厚度的量級與可見光波長量級可比擬,當單色光垂直投射在劈尖上時,上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件,其光程差為2n2e+λ/2,下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件,光程差為2n1h+λ/2,但由于玻璃板膜厚均勻,h不變,人射角i=儼也不變,故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋,要么玻璃板全亮,要么全暗,它不會影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距。空氣劈尖干涉光程差仍為2n2e+λ/2,但玻璃板會影響劈尖干涉條紋的亮度對比度.
光具有相互疊加的特性,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,并產生規則的明暗交替變化。干涉測量需要滿足三個相干條件:頻率一致、振動方向一致、相位差穩定一致。與激光光源相比,白光光源的相干長度較短,通常在幾微米到幾十微米內。白光干涉的條紋有一個固定的位置,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。通過探測光強最大值,可以實現樣品表面位移的精密測量。白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等技術,具有抗干擾能力強、穩定性好、動態范圍大、結構簡單、成本低廉等優點,并廣泛應用于薄膜三維形貌測量和薄膜厚度精密測量等領域。Michelson干涉儀的光路長度支配了精度。
利用包絡線法計算薄膜的光學常數和厚度,但還存在很多不足,包絡線法需要產生干涉波動,要求在測量波段內存在多個干涉極值點,且干涉極值點足夠多,精度才高。理想的包絡線是根據聯合透射曲線的切點建立的,在沒有正確方法建立包絡線時,通常使用拋物線插值法建立,這樣造成的誤差較大。包絡法對測量對象要求高,如果薄膜較薄或厚度不足情況下,會造成干涉條紋減少,干涉波峰個數較少,要利用干涉極值點建立包絡線就越困難,且利用拋物線插值法擬合也很困難,從而降低該方法的準確度。其次,薄膜吸收的強弱也會影響該方法的準確度,對于吸收較強的薄膜,隨干涉條紋減少,極大值與極小值包絡線逐漸匯聚成一條曲線,該方法就不再適用。因此,包絡法適用于膜層較厚且弱吸收的樣品。總的來說,白光干涉膜厚儀是一種在薄膜厚度測量領域廣泛應用的儀器。測量膜厚儀常用解決方案
精度高的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結構。納米級膜厚儀企業
薄膜作為一種特殊的微結構,近年來在電子學、力學、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。納米級膜厚儀企業