光具有相互疊加的特性，發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動(dòng)加強(qiáng)，而在另一些地方振動(dòng)減弱，并產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。干涉測(cè)量需要滿足三個(gè)相干條件：頻率一致、振動(dòng)方向一致、相位差穩(wěn)定一致。與激光光源相比，白光光源的相干長(zhǎng)度較短，通常在幾微米到幾十微米內(nèi)。白光干涉的條紋有一個(gè)固定的位置，對(duì)應(yīng)于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強(qiáng)度具有最大值。通過(guò)探測(cè)光強(qiáng)最大值，可以實(shí)現(xiàn)樣品表面位移的精密測(cè)量。白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于薄膜三維形貌測(cè)量和薄膜厚度精密測(cè)量等領(lǐng)域。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的大范圍測(cè)量和分析。非接觸式膜厚儀

在對(duì)目前常用的白光干涉測(cè)量方案進(jìn)行比較研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致干涉光譜只有一個(gè)峰時(shí)，基于相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。因此，我們提出了一種基于干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的測(cè)量方案，適用于極小光程差。這種方案利用干涉光譜的峰值波長(zhǎng)會(huì)隨光程差變化而周期性地出現(xiàn)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。我們?cè)诠饫w白光干涉溫度傳感系統(tǒng)上驗(yàn)證了這一測(cè)量方案，并成功測(cè)量出光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實(shí)驗(yàn)表明，鍺膜厚度為一定值，與臺(tái)階儀測(cè)量結(jié)果存在差異是由于薄膜表面本身并不光滑，臺(tái)階儀的測(cè)量結(jié)果只能作為參考值。誤差主要來(lái)自光源的波長(zhǎng)漂移和溫度誤差。薄膜膜厚儀測(cè)量方法通過(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。

干涉測(cè)量法是一種基于光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度測(cè)量的光學(xué)方法，是一種高精度的測(cè)量技術(shù)，其采用光學(xué)干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)干涉測(cè)量任務(wù)，都是通過(guò)分析薄膜表面和基底表面之間產(chǎn)生的干涉條紋的形狀和分布規(guī)律，來(lái)研究待測(cè)物理量引入的光程差或位相差的變化，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。光學(xué)干涉測(cè)量方法的測(cè)量精度可達(dá)到甚至優(yōu)于納米量級(jí)，利用外差干涉進(jìn)行測(cè)量，其精度甚至可以達(dá)到10^-3 nm量級(jí)。根據(jù)所使用的光源不同，干涉測(cè)量方法可分為激光干涉測(cè)量和白光干涉測(cè)量?jī)纱箢?。激光干涉測(cè)量的分辨率更高，但不能實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)信號(hào)的測(cè)量，只能測(cè)量輸出信號(hào)的變化量或連續(xù)信號(hào)的變化，即只能實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)量。而白光干涉是通過(guò)對(duì)干涉信號(hào)中心條紋的有效識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量，是一種測(cè)量方式，在薄膜厚度測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。

自1986年E.Wolf證明了相關(guān)誘導(dǎo)光譜的變化以來(lái)，人們開始在理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行探討和研究。結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)的光譜位移可以產(chǎn)生新的濾波器，可應(yīng)用于光學(xué)信號(hào)處理和加密領(lǐng)域。本文提出的基于白光干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，可應(yīng)用于當(dāng)兩光程差非常小導(dǎo)致干涉光譜只有一個(gè)干涉峰的信號(hào)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)納米薄膜厚度測(cè)量。在頻域干涉中，當(dāng)干涉光程差超過(guò)光源相干長(zhǎng)度時(shí)，仍然可以觀察到干涉條紋。這種現(xiàn)象是因?yàn)榘坠夤庠吹墓庾V可以看成是許多單色光的疊加，每一列單色光的相干長(zhǎng)度都是無(wú)限的。當(dāng)使用光譜儀接收干涉光譜時(shí)，由于光譜儀光柵的分光作用，寬光譜的白光變成了窄帶光譜，導(dǎo)致相干長(zhǎng)度發(fā)生變化?？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。

Michelson干涉物鏡，準(zhǔn)直透鏡將白光縮束準(zhǔn)直后垂直照射到待測(cè)晶圓上，反射光之間相互發(fā)生干涉，經(jīng)準(zhǔn)直鏡后干涉光強(qiáng)進(jìn)入光纖耦合單元，完成干涉部分。光纖傳輸?shù)母缮嫘盘?hào)進(jìn)入光譜儀，計(jì)算機(jī)定時(shí)從光譜儀中采集光譜信號(hào)，獲取諸如光強(qiáng)、反射率等信息，計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行信號(hào)處理，濾除高頻噪聲信息，然后對(duì)光譜信息進(jìn)行歸一化處理，利用峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值，計(jì)算晶圓膜厚。光源采用氙燈光源，選擇氙燈作為光源具有以下優(yōu)點(diǎn)：氙燈均為連續(xù)光譜，且光譜分布幾乎與燈輸入功率變化無(wú)關(guān)，在壽命期內(nèi)光譜能量分布也幾乎不變；氙燈的光、電參數(shù)一致性好，工作狀態(tài)受外界條件變化的影響??；氙燈具有較高的電光轉(zhuǎn)換效率，可以輸出高能量的平行光等。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。高精度膜厚儀的用途和特點(diǎn)

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。非接觸式膜厚儀

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(guò)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(wèn)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。非接觸式膜厚儀