該文主要研究了以半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度準(zhǔn)確測(cè)量的可行性，主要涉及三種方法，分別是白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法。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。對(duì)于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半導(dǎo)體鍺膜，選擇采用白光干涉的測(cè)量方法；而對(duì)于厚度更薄的金膜，其折射率為復(fù)數(shù)，且能夠激發(fā)表面等離子體效應(yīng)，因此采用基于表面等離子體共振的測(cè)量方法。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，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)手段并檢測(cè)P光和S光之間的相位差來(lái)提高厚度測(cè)量的精度。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的非接觸式測(cè)量。高速膜厚儀廠(chǎng)家現(xiàn)貨
干涉法測(cè)量可表述為：白光干涉光譜法主要利用光的干涉原理和光譜分光原理，利用光在不同波長(zhǎng)處的干涉光強(qiáng)進(jìn)行求解。光源出射的光經(jīng)分光棱鏡分成兩束，其中一束入射到參考鏡，另一束入射到測(cè)量樣品表面，兩束光均發(fā)生反射并入射到分光棱鏡，此時(shí)這兩束光會(huì)發(fā)生干涉。干涉光經(jīng)光譜儀采集得到白光光譜干涉信號(hào)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果變化，之后讀出厚度值或變化量。如何建立一套基于白光干涉法的晶圓膜厚測(cè)量裝置，對(duì)于晶圓膜厚測(cè)量具有重要意義，設(shè)備價(jià)格、空間大小、操作難易程度都是其影響因素。高精度膜厚儀廠(chǎng)家現(xiàn)貨白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和算法進(jìn)行改進(jìn) 。
目前 ，應(yīng)用的顯微干涉方式主要有Mirau顯微干涉和Michelson顯微干涉兩張方式。在Mirau型顯微干涉結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中物鏡和被測(cè)樣品之間有兩塊平板，一個(gè)是涂覆有高反射膜的平板作為參考鏡，另一塊涂覆半透半反射膜的平板作為分光棱鏡，由于參考鏡位于物鏡和被測(cè)樣品之間，從而使物鏡外殼更加緊湊，工作距離相對(duì)而言短一些，其倍率一般為10-50倍，Mirau顯微干涉物鏡參考端使用與測(cè)量端相同顯微物鏡，因此沒(méi)有額外的光程差。是常用的方法之一。
白光掃描干涉法采用白光為光源 ，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)參考鏡進(jìn)行掃描 ，干涉條紋掃過(guò)被測(cè)面，通過(guò)感知相干峰位置來(lái)獲得表面形貌信息。測(cè)量原理圖如圖1-5所示。而對(duì)于薄膜的測(cè)量，上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通過(guò)一次測(cè)量得到，但是由于薄膜上下表面的反射，會(huì)使提取出來(lái)的白光干涉信號(hào)出現(xiàn)雙峰形式，變得更復(fù)雜。另外，由于白光掃描法需要掃描過(guò)程，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)而且易受外界干擾?；趫D像分割技術(shù)的薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙峰干涉信號(hào)的自動(dòng)分離，實(shí)現(xiàn)了薄膜厚度的測(cè)量。隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將不斷提高和擴(kuò)展 。
白光干涉測(cè)量技術(shù)，也被稱(chēng)為光學(xué)低相干干涉測(cè)量技術(shù) ，使用的是低相干的寬譜光源，例如超輻射發(fā)光二極管、發(fā)光二極管等。同所有的光學(xué)干涉原理一樣，白光干涉同樣是通過(guò)觀(guān)察干涉圖樣的變化來(lái)分析干涉光程差的變化，進(jìn)而通過(guò)各種解調(diào)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量。采用寬譜光源的優(yōu)點(diǎn)是由于白光光源的相干長(zhǎng)度很?。ㄒ话銥閹孜⒚椎綆资⒚字g），所有波長(zhǎng)的零級(jí)干涉條紋重合于主極大值，即中心條紋，與零光程差的位置對(duì)應(yīng)。中心零級(jí)干涉條紋的存在使測(cè)量有了一個(gè)可靠的位置的參考值，從而只用一個(gè)干涉儀即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量，克服了傳統(tǒng)干涉儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量的缺點(diǎn)。同時(shí)，相比于其他測(cè)量技術(shù),白光干涉測(cè)量方法還具有對(duì)環(huán)境不敏感、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前，經(jīng)過(guò)幾十年的研究與發(fā)展，白光干涉技術(shù)在膜厚、壓力、溫度、應(yīng)變、位移等等測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)測(cè)量反射光的干涉來(lái)計(jì)算膜層厚度，利用膜層與底材的反射率和相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。國(guó)產(chǎn)膜厚儀生產(chǎn)商
該儀器的使用需要一定的專(zhuān)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。高速膜厚儀廠(chǎng)家現(xiàn)貨
與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長(zhǎng)度的特點(diǎn)使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發(fā)生干涉因此不會(huì)產(chǎn)生干擾條紋 。同時(shí)由于白光干涉產(chǎn)生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置避免了干涉級(jí)次不確定的問(wèn)題。本文以白光干涉原理為理論基礎(chǔ)對(duì)單層透明薄膜厚度測(cè)量尤其對(duì)厚度小于光源相干長(zhǎng)度的薄膜厚度測(cè)量進(jìn)行了研究。首先從白光干涉測(cè)量薄膜厚度的原理出發(fā)、分別詳細(xì)闡述了白光干涉原理和薄膜測(cè)厚原理。接著在金相顯微鏡的基礎(chǔ)上構(gòu)建了型垂直白光掃描系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)中測(cè)試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對(duì)的位移量進(jìn)行了標(biāo)定。高速膜厚儀廠(chǎng)家現(xiàn)貨