高精度膜厚仪

在激光惯性约束核聚变实验中，靶丸的物性参数和几何参数是靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程的基础，因此如何对靶丸多个参数进行高精度、同步、无损的综合检测是激光惯性约束核聚变实验中的关键问题。以上各种薄膜厚度及折射率的测量方法各有利弊，但针对本文实验，仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求，靶丸参数测量存在以下问题：不能对靶丸进行破坏性切割测量，否则，被破坏后的靶丸无法用于于下一步工艺处理或者打靶实验；需要同时测得靶丸的多个参数，不同参数的单独测量，无法提供靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律，并且效率低下、没有统一的测量标准。靶丸属于自支撑球形薄膜结构，曲面应力大、难展平的特点导致靶丸与基底不能完全贴合，在微区内可看作类薄膜结构。这种膜厚仪可以测量大气压下 。高精度膜厚仪

干涉法测量可表述为：白光干涉光谱法主要利用光的干涉原理和光谱分光原理，利用光在不同波长处的干涉光强进行求解。光源出射的光经分光棱镜分成两束，其中一束入射到参考镜，另一束入射到测量样品表面，两束光均发生反射并入射到分光棱镜，此时这两束光会发生干涉。干涉光经光谱仪采集得到白光光谱干涉信号，经由计算机处理数据、显示结果变化，之后读出厚度值或变化量。如何建立一套基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置，对于晶圆膜厚测量具有重要意义，设备价格、空间大小、操作难易程度都是其影响因素。国内膜厚仪按需定制Michelson干涉仪的光路长度是影响仪器精度的重要因素。

光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术，以光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法，因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法，可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此，有一些研究采用了多通道式复合测量法，结合多种测量方法，例如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。

根据以上分析可知 ，白光干涉时域解调方案的优点是：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动，光源的波长漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，所以扫描装置的分辨率将影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般是几个微米，达到亚微米的分辨率，主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性限制。文献[46]所报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54μm。当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到限制。总之，白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器。

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考镜和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。工作原理是基于膜层与底材反射率及相位差，通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。高精度膜厚仪

白光干涉膜厚仪是一种可用于测量薄膜厚度的仪器，适用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。高精度膜厚仪

白光干涉测量技术，也称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样，白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化，并通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是，由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。因此，中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考，只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量，克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时，相对于其他测量技术，白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等领域已得到广泛应用。高精度膜厚仪