膜厚測量原理和表面形狀測量原理

發布日期：2021-06-16      瀏覽次數：5412

膜厚測量原理和表面形狀測量原理

 薄膜厚度和表面形狀的測量方法大致可分為兩種：光學（非接觸式）和接觸式（破壞性）。以下是非接觸式光學和接觸式測量方法的類型比較。

	方法	形狀  粗糙度	膜厚	測量  類型	解析度	預處理	速度	價格
非 接觸式 觸覺 光學 科學 公式 測量 常數 法	白色干涉類型： Profilm 3D	◎	步	表面	◎	不必要	◎	○
	反射光譜： F20、F40、F50	×	◎	觀點	◎	不必要	◎	○
	橢偏儀	×	◎	觀點	◎	不必要	×	×
	共聚焦激光 掃描顯微鏡	○	步	線（面）	?	不必要	△	?
接觸 觸摸 型 測量 恒定 方法 等	針式輪廓 儀3D形狀測量儀	△	步	線	Z軸 相關	需要	○	×
	原子力顯微鏡： AFM	◎	步	線（面）	◎	需要	△	×
	電鏡截面 觀察：SEM	○	橫截面	表面	◎	需要	×	×
	千分尺 千分表等	×	×	觀點	×	不必要	×	◎
	電氣測量： 渦流型	×	○	觀點	低的	需要	×	◎
	重量換算方法	×	△	表面	低的	需要	×	○

 

非接觸式光學測量方法

方法	特點/優點/缺點
白色干涉型 （Profilm 3D）	通過使用干涉物鏡照射白光并從樣品表面反射和干涉透鏡中的參考鏡反射的光來觀察干涉條紋圖像。當鏡頭稍微上下移動時，干涉條紋出現的表面在高度方向上發生變化，從而可以將干涉條紋圖像的波動掌握為表面形狀。 由于干涉條紋圖像是由相機拍攝的，因此可以一次在大范圍內測量表面形狀。測量時間快，精度高。 橫向分辨率由相機分辨率、物鏡放大倍數、鏡頭分辨率（光能聚焦多遠）決定，而深度方向的分辨率則是亞納米級。如果有臺階，可以測量膜厚。 很難測量具有不會引起干涉條紋或非常粗糙表面的斜率的低反射樣品。
反射光譜 （filmmetrics F 系列，光學干涉）	一種通過用白光照射薄膜，使薄膜表面的反射光和透過薄膜并在與基材的界面處透射的反射光分散來測量薄膜厚度和光學常數的方法。無需接觸即可測量固體薄膜。 根據光譜波長范圍和光譜分辨率，可以測量從幾十納米的薄膜厚度到毫米的基板厚度，但基本上它是用于透光的薄膜。（即使不通過視覺，也可以通過紫外線或近紅外光進行測量）不透光的厚金屬膜，粗糙度大且反射光不返回的樣品，在基材和膜之間的界面處反射對于未獲得的樣品，無法測量。它是點測量，因為它使用捕獲光的光斑直徑進行測量，但由于測量速度快，因此也可以進行薄膜厚度映射。該裝置簡單，測量容易。相對便宜。
橢偏儀	膜厚和光學常數可以通過用兩種偏振光以一定角度照射樣品，并捕捉反射和返回的兩種偏振光之間的差異（相位差、反射幅度）來獲得。由于入射光有角度，對測量較薄的薄膜和多層薄膜是有效的，但設備趨于復雜，由于參數較多，算法復雜，計算耗時。光譜法非常昂貴。
共焦型 （激光位移計、 激光顯微鏡）	當使用共焦光學系統時，激光束可以集中在一點，因此，如果在用激光照射樣品的同時調整光學系統的高度，則在聚焦的位置反射強度。通過掃描獲得反射強度，同時記錄高度，可以得到二維表面形狀。 由于一次掃描的區域有限，因此測量需要時間。對于難以聚焦的樣本或由于高度微妙而難以掌握焦點位置的樣本，很難獲得高度信息。雖然是顯微鏡，但是是點測量。

接觸測量法

方法	特點/優點/缺點
針型（針型輪廓儀、坐標 測量儀、 AFM、SPM等）	通過用針（觸針、探針等）追蹤樣品表面來測量形狀的方法。 可以通過掃描針獲得表面形狀輪廓數據。可以測量臺階和表面形狀，并且可以測量不允許光通過的金屬臺階。 當針頭較小時，樣品上的載荷較小，可以高精度測量微小表面的形狀，但不適合測量大面積或大臺階。 測量大形狀時，使用大針，但在這種情況下，難以測量精細形狀或粗糙度。很難測量柔軟或潮濕的表面。獲得廣泛的表面數據需要大量的掃描并且需要時間。
顯微截面觀察 （SEM、TEM）	一種通過將樣品切得很薄并觀察切割面來捕捉微小表面形狀和薄膜層狀結構的方法。 由于橫截面可以作為圖像獲得，因此可以一次觀察從基板到多層膜結構和膜的界面，但是為了獲得合適的橫截面，預處理是必不可shao的。 由于破壞性檢測是局部觀察，很難得到位置的波動。因為測量結果取決于觀察樣品的制備。預測量處理困難且耗時。設備體積大，價格昂貴。
直接接觸測量 （千分尺、微量 規、 重量換算法）	測量樣品總厚度的簡單和簡單的方法。測量精度取決于用于測量的設備的分辨率和測量者的技能。 在重量換算法中，有膜和無膜樣品的重量和樣品面積，以及材料的密度和體積重量都換算成膜厚，所以誤差系數大，無法進行局部評價。只能獲得比較區域的平均膜厚。
電測量： 渦流型、電磁型	用探針接觸薄膜表面通電時，渦電流和電特性會根據薄膜表面和基材表面之間的距離而波動，因此這是一種將其轉換為薄膜厚度的方法。 基板必須是導電或非磁性金屬，否則必須連接電極。 它們中的許多體積小且價格便宜，但它們需要校準曲線，而且薄膜越薄，誤差的影響就越大。

 

產品信息

Profilm3D 3D 表面形狀測量系統

Zeta-20 多共聚焦顯微鏡系統

F20膜厚測量系統

F10-RT 反射/透射/薄膜厚度測量系統

F3-sX板厚測量系統

F3-CS臺式膜厚測量系統

F40 通用顯微鏡型號

F40-UVX 紫外/近紅外顯微鏡型號

F50自動膜厚測量系統

F60 對準自動膜厚測量系統

F54顯微自動膜厚測量系統