薄膜膜厚儀的原理

基于表面等離子體共振傳感的測(cè)量方案，利用共振曲線的三個(gè)特征參量半高寬、—共振角和反射率小值，通過反演計(jì)算得到待測(cè)金屬薄膜的厚度。該測(cè)量方案可同時(shí)得到金屬薄膜的介電常數(shù)和厚度，操作方法簡(jiǎn)單。我們利用Kretschmann型結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)得金膜在入射光波長(zhǎng)分別為632.8nm和652.1nm時(shí)的共振曲線，由此得到金膜的厚度為55.2nm。由于該方案是一種強(qiáng)度測(cè)量方案，測(cè)量精度受環(huán)境影響較大，且測(cè)量結(jié)果存在多值性的問題，所以我們進(jìn)一步對(duì)偏振外差干涉的改進(jìn)方案進(jìn)行了理論分析，根據(jù)P光和S光之間相位差的變化實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量。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。薄膜膜厚儀的原理

白光掃描干涉法利用白光作為光源，通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)參考鏡進(jìn)行掃描，將干涉條紋掃過被測(cè)面，并通過感知相干峰位置來獲取表面形貌信息。測(cè)量原理如圖1-5所示。然而，在對(duì)薄膜進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其上下表面的反射會(huì)導(dǎo)致提取出的白光干涉信號(hào)呈現(xiàn)雙峰形式，變得更為復(fù)雜。此外，由于白光掃描干涉法需要進(jìn)行掃描過程，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，且易受外界干擾?；趫D像分割技術(shù)的薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)試方法能夠自動(dòng)分離雙峰干涉信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的測(cè)量。國(guó)產(chǎn)膜厚儀行情廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體、光學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域，為研究和開發(fā)提供了有力的手段。

為了分析白光反射光譜的測(cè)量范圍 ，開展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測(cè)量曲線，如圖所示，對(duì)于殼層厚度30μm的靶丸，其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級(jí)次數(shù)值大；此外，由于靶丸殼層的吸收，壁厚較大的靶丸信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較弱。隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步增加，其白光反射光譜各譜峰將更加密集，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)各干涉譜峰波長(zhǎng)的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，需采用紅外的寬譜光源和光譜探測(cè)器。對(duì)于殼層厚度為μm的靶丸，測(cè)量的波峰相對(duì)較少，容易實(shí)現(xiàn)靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長(zhǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量；隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步減小，兩干涉信號(hào)之間的光程差差異非常小，以至于他們的光譜信號(hào)中只有一個(gè)干涉波峰，基于峰值探測(cè)的白光反射光譜方法難以實(shí)現(xiàn)其厚度的測(cè)量；為實(shí)現(xiàn)較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，可采用紫外的寬譜光源和光譜探測(cè)器提升其探測(cè)厚度下限。

薄膜作為重要元件 ，通常使用金屬、合金、化合物、聚合物等作為其主要基材，品類涵蓋光學(xué)膜、電隔膜、阻隔膜、保護(hù)膜、裝飾膜等多種功能性薄膜，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)、電子、醫(yī)療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。常用薄膜的厚度范圍從納米級(jí)到微米級(jí)不等。納米和亞微米級(jí)薄膜主要是基于干涉效應(yīng)調(diào)制的光學(xué)薄膜，包括各種增透增反膜、偏振膜、干涉濾光片和分光膜等。部分薄膜經(jīng)特殊工藝處理后還具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等特性，對(duì)通訊、顯示、存儲(chǔ)等領(lǐng)域內(nèi)光學(xué)儀器的質(zhì)量起決定性作用[1-3]，如平面顯示器使用的ITO鍍膜，太陽能電池表面的SiO2減反射膜等。微米級(jí)以上的薄膜以工農(nóng)業(yè)薄膜為主，多使用聚酯材料，具有易改性、可回收、適用范圍廣等特點(diǎn)。例如6微米厚度以下的電容器膜，20微米厚度以下的大部分包裝印刷用薄膜，25~38微米厚的建筑玻璃貼膜及汽車貼膜，以及厚度為25~65微米的防偽標(biāo)牌及拉線膠帶等。微米級(jí)薄膜利用其良好的延展、密封、絕緣特性，遍及食品包裝、表面保護(hù)、磁帶基材、感光儲(chǔ)能等應(yīng)用市場(chǎng)，加工速度快，市場(chǎng)占比高。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于光學(xué)元件制造中的薄膜厚度控制。

 基于白光干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的鍺膜厚度測(cè)量方案研究：在對(duì)比研究目前常用的白光干涉測(cè)量方案的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí)，常用的基于兩相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。為此，我們提出了適用于極小光程差并基于干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的測(cè)量方案。干涉光譜的峰值波長(zhǎng)會(huì)隨著光程差的增大出現(xiàn)周期性的紅移和藍(lán)移，當(dāng)光程差在較小范圍內(nèi)變化時(shí)，峰值波長(zhǎng)的移動(dòng)與光程差成正比。根據(jù)這一原理，搭建了光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)對(duì)這一測(cè)量解調(diào)方案進(jìn)行驗(yàn)證，得到了光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鍺膜的厚度為，與臺(tái)階儀測(cè)量結(jié)果存在，這是因?yàn)楸∧け砻姹旧聿⒉还饣_(tái)階儀的測(cè)量結(jié)果只能作為參考值。鍺膜厚度測(cè)量誤差主要來自光源的波長(zhǎng)漂移和溫度控制誤差?？傊坠飧缮婺ず駜x是一種應(yīng)用很廣的測(cè)量薄膜厚度的儀器。薄膜膜厚儀廠家

白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的在線檢測(cè)和控制；薄膜膜厚儀的原理

常用白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理：入射的白光光束通過半反半透鏡進(jìn)入到顯微干涉物鏡后，被分光鏡分成兩部分，一個(gè)部分入射到固定參考鏡，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通過分光鏡后，再次匯聚發(fā)生干涉，干涉光通過透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)可探測(cè)整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭或樣品臺(tái)Z向掃描，可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，由CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置獲得被測(cè)樣品表面的三維形貌。薄膜膜厚儀的原理