本文主要以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測(cè)量方法也不同。半導(dǎo)體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點(diǎn)，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復(fù)數(shù)，且能激發(fā)明顯的表面等離子體效應(yīng)，因而可借助基于表面等離子體共振的測(cè)量方法；為了進(jìn)一步改善測(cè)量的精度，論文還研究了外差干涉測(cè)量法，通過(guò)引入高精度的相位解調(diào)手段，檢測(cè)P光與S光之間的相位差提升厚度測(cè)量的精度。白光干涉膜厚儀是一種可用于測(cè)量薄膜厚度的儀器，適用于透明薄膜和平行表面薄膜的測(cè)量。小型膜厚儀設(shè)備生產(chǎn)
通過(guò)白光干涉理論分析，詳細(xì)介紹了白光垂直掃描干涉技術(shù)和白光反射光譜技術(shù)的基本原理，并完成了應(yīng)用于測(cè)量靶丸殼層折射率和厚度分布實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和搭建。該實(shí)驗(yàn)裝置由白光反射光譜探測(cè)模塊、靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊、三維運(yùn)動(dòng)模塊和氣浮隔震平臺(tái)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靶丸的負(fù)壓吸附、靶丸位置的精密調(diào)整以及360°范圍的旋轉(zhuǎn)和特定角度下靶丸殼層白光反射光譜的測(cè)量。基于白光垂直掃描干涉和白光反射光譜的基本原理，提出了一種聯(lián)合使用的靶丸殼層折射率測(cè)量方法。該方法利用白光反射光譜測(cè)量靶丸殼層光學(xué)厚度，利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測(cè)量光線通過(guò)靶丸殼層后的光程增量，從而可以計(jì)算得到靶丸的折射率和厚度數(shù)據(jù)。國(guó)產(chǎn)膜厚儀制作廠家隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，其性能和功能會(huì)得到提高和擴(kuò)展。
自上世紀(jì)60年代開(kāi)始，西方的工業(yè)生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用基于X及β射線、近紅外光源開(kāi)發(fā)的在線薄膜測(cè)厚系統(tǒng)。隨著質(zhì)檢需求的不斷增長(zhǎng)，20世紀(jì)70年代后，電渦流、超聲波、電磁電容、晶體振蕩等多種膜厚測(cè)量技術(shù)相繼問(wèn)世。90年代中期，隨著離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、凝膠溶膠等新型薄膜制備技術(shù)的出現(xiàn)，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)也不斷更新迭代，以橢圓偏振法和光度法為主導(dǎo)的高精度、低成本、輕便、高速穩(wěn)固的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)迅速占領(lǐng)日用電器和工業(yè)生產(chǎn)市場(chǎng)，并發(fā)展出了個(gè)性化定制產(chǎn)品的能力。對(duì)于市場(chǎng)占比較大的微米級(jí)薄膜，除了要求測(cè)量系統(tǒng)具有百納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度和分辨率之外，還需要在存在不規(guī)則環(huán)境干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)下具備較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
基于白光干涉法的晶圓膜厚測(cè)量裝置，其特征在于：該裝置包括白光光源、顯微鏡、分束鏡、干涉物鏡、光纖傳輸單元、準(zhǔn)直器、光譜儀、USB傳輸線、計(jì)算機(jī)；光譜儀主要包括六部分，分別是：光纖入口、準(zhǔn)直鏡、光柵、聚焦鏡、區(qū)域檢測(cè)器、帶OFLV濾波器的探測(cè)器；
光源發(fā)出的白光經(jīng)準(zhǔn)直鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直后成平行光，經(jīng)分束鏡射入Michelson干涉物鏡，準(zhǔn)直透鏡將白光縮束準(zhǔn)直后垂直照射到待測(cè)晶圓上，反射光之間相互發(fā)生干涉，經(jīng)準(zhǔn)直鏡后干涉光強(qiáng)進(jìn)入光纖耦合單元，完成干涉部分；
光纖傳輸?shù)母缮嫘盘?hào)進(jìn)入光譜儀，計(jì)算機(jī)定時(shí)從光譜儀中采集光譜信號(hào)，獲取諸如光強(qiáng)、反射率等信息，計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行信號(hào)處理，濾除高頻噪聲信息，然后對(duì)光譜信息進(jìn)行歸一化處理，利用峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值，計(jì)算晶圓膜厚。 總的來(lái)說(shuō)，白光干涉膜厚儀是一種在薄膜厚度測(cè)量領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀器。
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測(cè)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(cè)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(duì)于小于1μm的較薄薄膜，白光干涉輪廓儀的測(cè)量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較適合。而對(duì)于小于200nm的薄膜，由于透過(guò)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(xué)薄膜厚度測(cè)量方案目前主要集中于測(cè)量透明或者半透明薄膜，通過(guò)使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測(cè)薄膜厚度。本章在詳細(xì)研究白光干涉測(cè)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(gè)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(cè)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(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量解調(diào)技術(shù)。白光干涉膜厚儀的應(yīng)用非常廣，特別是在半導(dǎo)體、光學(xué)、電子和化學(xué)等領(lǐng)域。白光干涉膜厚儀信賴推薦
可以配合不同的軟件進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。小型膜厚儀設(shè)備生產(chǎn)
Michelson干涉物鏡，準(zhǔn)直透鏡將白光縮束準(zhǔn)直后垂直照射到待測(cè)晶圓上，反射光之間相互發(fā)生干涉，經(jīng)準(zhǔn)直鏡后干涉光強(qiáng)進(jìn)入光纖耦合單元，完成干涉部分。光纖傳輸?shù)母缮嫘盘?hào)進(jìn)入光譜儀，計(jì)算機(jī)定時(shí)從光譜儀中采集光譜信號(hào)，獲取諸如光強(qiáng)、反射率等信息，計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行信號(hào)處理，濾除高頻噪聲信息，然后對(duì)光譜信息進(jìn)行歸一化處理，利用峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值，計(jì)算晶圓膜厚。光源采用氙燈光源，選擇氙燈作為光源具有以下優(yōu)點(diǎn)：氙燈均為連續(xù)光譜，且光譜分布幾乎與燈輸入功率變化無(wú)關(guān)，在壽命期內(nèi)光譜能量分布也幾乎不變；氙燈的光、電參數(shù)一致性好，工作狀態(tài)受外界條件變化的影響小；氙燈具有較高的電光轉(zhuǎn)換效率，可以輸出高能量的平行光等。小型膜厚儀設(shè)備生產(chǎn)