薄膜厚度测量技术

(m 1) d 2n1
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二、薄膜厚度的机械测量方法
1、表面粗糙度仪法
用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂直方向的移动 情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗糙度仪法。这种方法不仅可以被用来测 量表面粗糙度，也可以被用来测量薄膜台阶的高度。 优点：简单，测量直观； 缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差； （2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
4n1
为了能够利用上述关系实现对于薄膜厚度的测量，需要设计出强振荡关系的具体 测量方法。 （1）利用单色光入射，但通过改变入射角度（及反射角度）的方法来满足干涉条 件的方法被称为变角度干涉法（VAMFO），其测量装置原理图如图。 （2）使用非单色光入射薄膜表面，在固定光的入射角度的情况下，用光谱仪分析 光的干涉波长，这一方法被称为等角反射干涉法（CARIS）。
等色干涉条纹法需要将反射镜与薄膜平行放置，另外要使用非单色光源照射 薄膜表面，并采用光谱议分析干涉极大出现的条件。
3、透明薄膜厚度测量的干涉法 在薄膜与衬底均是透明的，而且它们的折射率分别为n1和n2的情况下，薄膜 对垂直入射的单色光的反射率随着薄膜的光学厚度n1d的变化而发生振荡，如图 中针对n1不同，而n2=1.5时的情况所画出的那样，对于n1>n2的情况，反射极大的 位置出现在 (2m 1) d λ为单色光波长，m为任意非负的整数。 在两个干涉极大之间是相应的干涉极小。对于n1<n2的情况，反射极大的条件变为
台阶仪测量精度较高、量程大、测量结果稳定可靠、重复性好，
此外它还可以作为其它形貌测量技术的比对。但是也有其难以
克服的缺点：1、由于测头与测件相接触造成的测头变形和磨损， 使仪器在使用一段时间后测量精度下降； 2、测头为了保证耐磨 性和刚性而不能做得非常细小尖锐，如果测头头部曲率半径大 于被测表面上微观凹坑的半径必然造成该处测量数据的偏差； 3、
为使测头不至于很快磨损，测头的硬度一般都很高，因此不适
于精密零件及软质表面的测量。
薄膜厚度测量技术
一、薄膜厚度的光学测量方法 二、薄膜厚度的机械测量方法
一、薄膜厚度的光学测量方法
1、光的干涉条件
n( AB BC ) AN 2nd cos N
sin n sin
观察到干涉极小的条件是光程差等于（N+1/2）λ。
2、不透明薄膜厚度测量的等厚干涉条纹（FET）和等色干涉条纹（FECO）法 等厚干涉条纹的测量装置如图（a）所示。 首先，在薄膜的台阶上下均匀地沉积上一层高反 射率的金属层。然后在薄膜上覆盖上一块半反半透的 平面镜。由于在反射镜与薄膜表面之间一般总不是完 全平行的，因而在单色光的照射下，反射镜和薄膜之 间光的多次反射将导致等厚干涉条纹的产生。
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台阶仪
其测量原理是：当触针沿被测表面轻轻滑过时，由于表面有 微小的峰谷使触针在滑行的同时，还沿峰谷作上下运动。触针的 运动情况就反映了表面轮廓的情况。传感器输出的电信号经测量 电桥后，输出与触针偏离平衡位置的位移成正比的调幅信号。经 放大与相敏整流后，可将位移信号从调幅信号中解调出来，得到 放大了的与触针位移成正比的缓慢变化信号。再经噪音滤波器、 波度滤波器进一步滤去调制频率与外界干扰信号以及波度等因素 对粗糙度测量的影响。
2、称重法 如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式
m百度文库d A
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。
3 石英晶体振荡器法
将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属 电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生 固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与 另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小 变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振 荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。