常州膜厚仪技术指导

采用峰峰值法处理光谱数据时，被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需获得相邻的两干涉峰值处的波长信息即可得出光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低数据处理的难度。也可以利用多组相邻的干涉光谱极值对应的波长来分别求出光程差，然后再求平均值作为测量光程差，这样可以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源作为输入光源时，接收光谱中不可避免地叠加有与光源同分布的背景光，从而引起峰值处波长的改变，引入测量误差。同时，当两干涉信号之间的光程差很小，导致其干涉光谱只有一个干涉峰的时候，此法便不再适用。白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量。常州膜厚仪技术指导

常用白光垂直扫描干涉系统的原理示意图，入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后，被分光镜分成两部分，一个部分入射到固定的参考镜，一部分入射到样品表面，当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后，再次汇聚发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，可获得一系列的干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线，可得该点的Z向相对位移；然后，由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。常州膜厚仪技术指导白光干涉膜厚测量技术可以应用于纳米制造中的薄膜厚度测量。

论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。

白光干涉测量技术，也被称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，例如超辐射发光二极管、发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样，白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化，进而通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值，从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量，克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时，相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前，经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子显示器中的薄膜厚度测量。

白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空间位置的变化，从而得到被测物体的信息。它是在单色光相移干涉术的基础上发展而来的。单色光相移干涉术利用光路使参考光和被测表面的反射光发生干涉，再使用相移的方法调制相位，利用干涉场中光强的变化计算出其每个数据点的初始相位，但是这样得到的相位是位于（-π，+π]间，所以得到的是不连续的相位。因此，需要进行相位展开使其变为连续相位。再利用高度与相位的信息求出被测物体的表面形貌。单色光相移法具有测量速度快、测量分辨力高、对背景光强不敏感等优点。但是，由于单色光干涉无法确定干涉条纹的零级位置。因此，在相位解包裹中无法得到相位差的周期数，所以只能假定相位差不超过一个周期，相当于测试表面的相邻高度不能超过四分之一波长[27]。这就限制了其测量的范围，使它只能测试连续结构或者光滑表面结构。白光干涉膜厚测量技术可以应用于材料科学中的薄膜微结构分析。泰安膜厚仪常用解决方案

白光干涉膜厚测量技术的发展将促进相关产业的发展和科学技术的进步。常州膜厚仪技术指导

目前，应用的显微干涉方式主要有Mirau显微干涉和Michelson显微干涉两张方式。如图2-5(a)所示Mirau型显微干涉结构，在该结构中物镜和被测样品之间有两块平板，一个是涂覆有高反射膜的平板作为参考镜，另一块涂覆半透半反射膜的平板作为分光棱镜，由于参考镜位于物镜和被测样品之间，从而使物镜外壳更加紧凑，工作距离相对而言短一些，其倍率一般为10-50倍，Mirau显微干涉物镜参考端使用与测量端相同显微物镜，因此没有额外的光程差。常州膜厚仪技术指导