納米級(jí)膜厚儀傳感器精度

光譜擬合法易于測(cè)量具有應(yīng)用領(lǐng)域，由于使用了迭代算法，因此該方法的優(yōu)缺點(diǎn)在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著各種全局優(yōu)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(shù)的測(cè)量。其缺點(diǎn)是不夠?qū)嵱茫摲椒ㄐ枰粋€(gè)較好的薄膜的光學(xué)模型（包括色散系數(shù)、吸收系數(shù)、多層膜系統(tǒng)），但是在實(shí)際測(cè)試過程中，薄膜的色散和吸收的公式會(huì)有出入，尤其是對(duì)于多層膜體系，建立光學(xué)模型非常困難，無法用公式準(zhǔn)確地表示出來。在實(shí)際應(yīng)用中只能使用簡(jiǎn)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(jì)算速度慢也不能滿足快速計(jì)算的要求?？偟膩碚f，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用很廣的測(cè)量薄膜厚度的儀器。納米級(jí)膜厚儀傳感器精度

薄膜作為一種特殊的微結(jié)構(gòu)，近年來在電子學(xué)、力學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用，薄膜的測(cè)試技術(shù)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(cè)量。因此，在微納測(cè)量領(lǐng)域中，薄膜厚度的測(cè)試是一個(gè)非常重要而且很實(shí)用的研究方向。在工業(yè)生產(chǎn)中，薄膜的厚度直接關(guān)系到薄膜能否正常工作。在半導(dǎo)體工業(yè)中，膜厚的測(cè)量是硅單晶體表面熱氧化厚度以及平整度質(zhì)量控制的重要手段。薄膜的厚度影響薄膜的電磁性能、力學(xué)性能和光學(xué)性能等，所以準(zhǔn)確地測(cè)量薄膜的厚度成為一種關(guān)鍵技術(shù)。原裝膜厚儀制造公司總結(jié)，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測(cè)量?jī)x器。

薄膜材料的厚度在納米級(jí)薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中，是制備和設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參量，也是決定薄膜性質(zhì)和性能的關(guān)鍵參量之一。然而，由于其極小尺寸及表面效應(yīng)的影響，納米級(jí)薄膜的厚度準(zhǔn)確測(cè)量變得困難?？蒲屑夹g(shù)人員通過不斷的探索研究，提出了新的薄膜厚度測(cè)量理論和技術(shù)，并將測(cè)量方法從手動(dòng)到自動(dòng)、有損到無損等不斷改進(jìn)。對(duì)于不同性質(zhì)的薄膜，其適用的厚度測(cè)量方案也不相同。在納米級(jí)薄膜中，采用光學(xué)原理的測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精度高、速度快、無損測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，成為主要的檢測(cè)手段。典型的測(cè)量方法包括橢圓偏振法、干涉法、光譜法、棱鏡耦合法等。

白光干涉光譜分析是目前白光干涉測(cè)量的一個(gè)重要方向。此項(xiàng)技術(shù)通過使用光譜儀將對(duì)條紋的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)不同波長(zhǎng)光譜的測(cè)量，分析被測(cè)物體的光譜特性，得到相應(yīng)的長(zhǎng)度信息和形貌信息。與白光掃描干涉術(shù)相比，它不需要大量的掃描過程，因此提高了測(cè)量效率，并減小了環(huán)境對(duì)其影響。此項(xiàng)技術(shù)能夠測(cè)量距離、位移、塊狀材料的群折射率以及多層薄膜厚度等。白光干涉光譜分析基于頻域干涉的理論，采用白光作為寬波段光源，經(jīng)過分光棱鏡折射為兩束光。這兩束光分別經(jīng)由參考面和被測(cè)物體入射，反射后再次匯聚合成，并由色散元件分光至探測(cè)器，記錄頻域干涉信號(hào)。這個(gè)光譜信號(hào)包含了被測(cè)表面信息，如果此時(shí)被測(cè)物體是薄膜，則薄膜的厚度也包含在光譜信號(hào)當(dāng)中。白光干涉光譜分析將白光干涉和光譜測(cè)量的速度結(jié)合起來，形成了一種精度高且速度快的測(cè)量方法。該儀器的使用需要一定的專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，操作前需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。

本文溫所研究的鍺膜厚度約300nm，導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個(gè)干涉峰，此時(shí)常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案（如峰峰值法等）將不再適用。為此，我們提出了一種基于單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量方案，并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測(cè)量系統(tǒng)。溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，峰值波長(zhǎng)與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測(cè)量方案，我們測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鍺膜的厚度為338.8nm，實(shí)驗(yàn)誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長(zhǎng)漂移。通過對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測(cè)量方案研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測(cè)量。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，并將其應(yīng)用于極短光程差的測(cè)量。操作之前需要專 業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)的培訓(xùn)和實(shí)踐。小型膜厚儀常用解決方案

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；納米級(jí)膜厚儀傳感器精度

常用的白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理是：入射的白光光束通過半反半透鏡進(jìn)入到顯微干涉物鏡，被分光鏡分成兩部分，一部分入射到固定的參考鏡，另一部分入射到樣品表面，當(dāng)參考鏡表面和樣品表面的反射光再次匯聚后，發(fā)生干涉，干涉光通過透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)探測(cè)雙白光光束的干涉圖像。通過Z向精密位移臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭或樣品臺(tái)Z向掃描，獲得一系列干涉圖像。根據(jù)干涉圖像序列中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)隨光程差變化曲線，可得該點(diǎn)的Z向相對(duì)位移；然后，通過CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置，可測(cè)量被測(cè)樣品表面的三維形貌。該系統(tǒng)具有高分辨率和高靈敏度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微觀表面形貌測(cè)量和薄膜厚度測(cè)量等領(lǐng)域。納米級(jí)膜厚儀傳感器精度