在納米量級(jí)薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中 ,薄膜材料的厚度是薄膜設(shè)計(jì)和制備過程中的重要參數(shù),是決定薄膜性質(zhì)和性能的基本參量之一,它對(duì)于薄膜的光學(xué)、力學(xué)和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級(jí)薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應(yīng),使得對(duì)其厚度的準(zhǔn)確測(cè)量變得困難。經(jīng)過眾多科研技術(shù)人員的探索和研究,新的薄膜厚度測(cè)量理論和測(cè)量技術(shù)不斷涌現(xiàn),測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)到自動(dòng),有損到無損測(cè)量。由于待測(cè)薄膜材料的性質(zhì)不同,其適用的厚度測(cè)量方案也不盡相同。對(duì)于厚度在納米量級(jí)的薄膜,利用光學(xué)原理的測(cè)量技術(shù)應(yīng)用。相比于其他方法,光學(xué)測(cè)量方法因?yàn)榫哂芯雀撸俣瓤?,無損測(cè)量等優(yōu)勢(shì)而成為主要的檢測(cè)手段。其中具有代表性的測(cè)量方法有橢圓偏振法,干涉法,光譜法,棱鏡耦合法等。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。國(guó)內(nèi)膜厚儀工廠
在初始相位為零的情況下 ,當(dāng)被測(cè)光與參考光之間的光程差為零時(shí),光強(qiáng)度將達(dá)到最大值。為探測(cè)兩個(gè)光束之間的零光程差位置,需要精密Z向運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭作垂直掃描運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)載物臺(tái),垂直掃描過程中,用探測(cè)器記錄下干涉光強(qiáng),可得白光干涉信號(hào)強(qiáng)度與Z向掃描位置(兩光束光程差)之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長(zhǎng)處的白光信號(hào)強(qiáng)度隨光程差變化示意圖,曲線中光強(qiáng)極大值位置即為零光程差位置,通過零過程差位置的精密定位,即可實(shí)現(xiàn)樣品表面相對(duì)位移的精密測(cè)量;通過確定最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置可獲得被測(cè)樣品表面的三維高度。薄膜膜厚儀測(cè)量方法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。
對(duì)同一靶丸相同位置進(jìn)行白光垂直掃描干涉 ,圖4-3是靶丸的垂直掃描干涉示意圖,通過控制光學(xué)輪廓儀的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)干涉物鏡在垂直方向上的移動(dòng),從而測(cè)量到光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達(dá)基底直接反射回參考鏡的光線之間的光程差,顯然,當(dāng)一束平行光穿過靶丸后,偏離靶丸中心越遠(yuǎn)的光線,測(cè)量到的有效壁厚越大,其光程差也越大,但這并不表示靶丸殼層的厚度,當(dāng)垂直穿過靶丸中心的光線測(cè)得的光程差才對(duì)應(yīng)靶丸的上、下殼層的厚度。
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(yáng)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。膜厚儀性能穩(wěn)定,輕松測(cè)量膜層厚度,保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
白光干涉在零光程差處 ,出現(xiàn)零級(jí)干涉條紋,隨著光程差的增加,光源譜寬范圍內(nèi)的每條譜線各自形成的干涉條紋之間互有偏移,疊加的整體效果使條紋對(duì)比度下降。測(cè)量精度高,可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量,采用白光干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng),動(dòng)態(tài)范圍大,具有快速檢測(cè)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。普通的激光干涉與白光干涉之間雖然有差別,但也有很多的共同之處??梢哉f,白光干涉實(shí)際上就是將白光看作一系列理想的單色光在時(shí)域上的相干疊加,在頻域上觀察到的就是不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的干涉光強(qiáng)變化曲線。操作需要一定的專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn),需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。高精度膜厚儀產(chǎn)品原理
光路長(zhǎng)度越長(zhǎng),分辨率越高,但同時(shí)也更容易受到靜態(tài)振動(dòng)等干擾因素的影響。國(guó)內(nèi)膜厚儀工廠
干涉法與分光光度法都是利用相干光形成等厚干涉條紋的原理來確定薄膜厚度和折射率 ,然而與薄膜自發(fā)產(chǎn)生的等傾干涉不同,干涉法是通過設(shè)置參考光路,形成與測(cè)量光路間的干涉條紋,因此其相位信息包含兩個(gè)部分,分別是由參考平面和測(cè)量平面間掃描高度引起的附加相位和由透明薄膜內(nèi)部多次反射引起的膜厚相位。干涉法測(cè)量光路使用面陣CCD接收參考平面和測(cè)量平面間相干波面的干涉光強(qiáng)分布,不同于以上三種點(diǎn)測(cè)量方式,可一次性生成薄膜待測(cè)區(qū)域的表面形貌信息,但同時(shí)由于存在大量軸向掃描和數(shù)據(jù)解算,完成單次測(cè)量的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)膜厚儀工廠