粗糙表面上的膜厚測量

正文

粗糙表面上的膜厚測量

由于光散射，粗糙表面上的薄膜厚度測量通常具有挑戰(zhàn)性挽牢。事實上谱煤，表面粗糙度和厚度不均勻性是降低光譜反射系統(tǒng)厚度測量能力的兩個主要因素。然而禽拔，這些特性通常存在于許多現(xiàn)實生活中刘离，例如金屬涂層室叉。MProbeMSP提供了一種解決方案來克服這一限制，甚至可以測量z具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用硫惕。

解決方案的關(guān)鍵是表面粗糙度和厚度不均勻性都取決于測量區(qū)域茧痕。通過減小測量點尺寸，可以減少有效粗糙度和厚度不均勻性（在該點內(nèi)觀察到）恼除。

 

一踪旷、表面粗糙度

表面粗糙度會導(dǎo)致光散射增加。這導(dǎo)致鏡面反射率降低和干擾減弱豁辉。編織長度越短令野，光散射越明顯。因此徽级，長可見光和近紅外(NIR)波長范圍(700-1700nm)更適合表面粗糙度的應(yīng)用气破。表面粗糙度對反射光譜影響的模擬（圖1）表明，對于RMS>100nm餐抢，干涉圖樣顯著退化现使。在這些條件下測量厚度變得具有挑戰(zhàn)性。

圖1 不同表面粗糙度的5um聚合物薄膜的反射光譜(700nm-1700nm)（模擬）旷痕。對于光散射碳锈，有一個特征，即在較短波長下加速退化（強度和干涉）

 

表面粗糙度會導(dǎo)致光散射增加苦蒿。這導(dǎo)致鏡面反射率降低和干擾減弱殴胧。編織長度越短，光散射越明顯佩迟。因此，長可見光和近紅外(NIR)波長范圍(700-1700nm)更適合表面粗糙度的應(yīng)用报强。表面粗糙度對反射光譜影響的模擬（圖1）表明灸姊，對于RMS>100nm，干涉圖樣顯著退化秉溉。在這些條件下測量厚度變得具有挑戰(zhàn)性力惯。

圖2 粗糙度為0.5umRMS的金屬表面（掩模版直徑為20um）。在20微米的尺度上存在明顯的粗糙度召嘶，但在<5微米的尺度上可以看到平滑區(qū)域

粗糙表面在微觀水平上呈現(xiàn)出峰狀和光滑區(qū)域（圖2）父晶。很明顯，在20um尺度上存在明顯的粗糙度弄跌，但在<5um尺度上存在光滑區(qū)域甲喝。因此，應(yīng)該可以選擇足夠小的測量點來減少粗糙度影響铛只。事實上埠胖，圖3糠溜、4的結(jié)果表明，使用2um測量點表面粗糙度效應(yīng)實際上可以消除直撤，并且可以可靠地測量涂層厚度非竿。粗糙度拓撲還會導(dǎo)致微觀層面上涂層厚度的變化——這是測量退化的潛在來源（我們將在下面回顧）。但較小的光斑尺寸也有助于減少這種情況谋竖。盡可能小的測量點尺寸并不總是能給出結(jié)果红柱。光斑尺寸需要根據(jù)特定應(yīng)用進行優(yōu)化。

 

圖3 使用2um測量點測量反射光譜700-1100nm（樣品圖2）圈盔。明顯的干涉條紋清晰可見

圖4 測量結(jié)果（數(shù)據(jù)圖3）豹芯。峰值表示涂層厚度。它堅固而明顯驱敲，表現(xiàn)出出色的選擇性（沒有其他厚度）

二铁蹈、厚度不均勻性

涂層厚度不均勻性（測量點內(nèi)）導(dǎo)致反射光譜類似于多層薄膜疊層。如果厚度變化足夠大众眨，則光相位（和干涉）將被擾亂握牧，并且無法進行厚度測量。圖5顯示了覆蓋具有不同厚度T1娩梨、T2的兩個區(qū)域S1沿腰、S2的光斑尺寸示例。

圖5 測量點內(nèi)不同厚度的區(qū)域

當(dāng)區(qū)域S1狈定、S2的反射率到達光電探測器時颂龙，反射率被組合并轉(zhuǎn)換為強度（反射率作為矢量/復(fù)數(shù)）纽什。這個過程稱為卷積措嵌。光相位不會丟失——它會轉(zhuǎn)換為信號幅度。在數(shù)據(jù)分析過程中芦缰，信號被分解（使用FFT）并提取厚度企巢。測量過程中的反射率變換如圖6所示。光學(xué)相位永遠不會被平均让蕾，如果光束有多個具有不同相位的區(qū)域浪规，它們將獨立地進行卷積和解卷積。

圖6測量過程中不同厚度區(qū)域的測量信號的變換（卷積和反卷積）

因此探孝，如果厚度在測量點內(nèi)隨機（或連續(xù)）變化笋婿，則反卷積后會產(chǎn)生連續(xù)的厚度。因此顿颅，無法確定涂層厚度萌抵。

通過減小測量點尺寸–我們減少了厚度變化并使厚度測量成為可能。

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