白光色散干涉法：薄膜检测的创新解决方案
在当今半导体制造领域，薄膜结构的重要性不言而喻，其广泛应用于微电子器件、光学涂层、传感器等众多关键领域。随着半导体技术的飞速发展，对于薄膜结构的检测精度与效率要求日益严苛。传统的检测手段，诸如椭圆偏振法、反射法以及白光扫描干涉法等，虽在一定程度上能满足部分测量需求，但却存在着诸多局限性。
在此背景下，一种基于白光色散干涉法（WLDI）的创新测量技术应运而生，为薄膜检测带来了新的曙光。该技术所构建的测量系统具备诸多优势，如非接触式测量、较高精度以及良好的抗振动性能等，能够同步实现对薄膜表面轮廓与膜厚的同时测量。/
一、白光色散干涉法的技术本质
系统主要由高功率卤素灯、光学探头、光谱相机以及逐行光谱校准方法等关键部分构成。其中，高功率卤素灯作为光源，能够提供充足的光谱带宽，为测量提供丰富的光学信息。光学探头则负责生成样品与参考镜之间的干涉信号，光谱相机用于捕获二维光谱干涉图，而逐行光谱校准方法对于提高测量精度起着重要作用。
在测量过程中，样品表面反射光与参考镜反射光相互干涉，形成二维光谱干涉图。每条线光谱信号蕴含着样品表面高度与膜厚的关键信息。通过对光谱信号的精细处理，可提取总相位分布，并分解为表面相位和膜厚相位。
对于薄膜结构，总相位分布为表面相位与膜厚相位之和。膜厚相位与膜厚存在非线性关系，借助Levenberg-Marquardt非线性拟合方法，可准确计算膜厚。具体而言，先建立薄膜多次反射模型，计算理论非线性相位，再将测量的非线性相位与理论相位拟合，通过调整膜厚参数使拟合残差最小化，从而获得准确膜厚值。
表面轮廓计算基于总相位分布中的表面相位部分。采用单波数法引入干涉级次，可避免其他波数噪声干扰，提升表面轮廓测量精度。
实际测量中，光学系统和色散元件可能导致光谱干涉图出现“微笑畸变”，影响波数校准准确性。为解决此问题，景颐光电科研团队提出逐行光谱校准方法，通过准确确定每行波数与像素位置关系，校正“微笑畸变”，提高波数校准精度，进而提升表面轮廓测量精度。/
二、白光色散干涉法的行业应用
在薄膜表面轮廓测量方面，为评估系统测量噪声，对平滑硅片进行多次重复测量。结果显示，单波数法测量噪声显著低于斜率法，95%数据点的测量噪声在0.3纳米以内，表明系统垂直分辨率达到纳米级。
使用台阶高度标准测量进一步验证精度。台阶高度标准认证高度为1.806±0.011微米，对比斜率法和单波数法结果，单波数法测量精度更优，标准偏差更小，可有效减少测量误差。/
膜厚测量方面，对经NIST校准的VLSI膜标准进行测量，膜标准认证厚度为1052.2±0.9纳米。通过非线性相位拟合，准确计算膜厚为1053.2纳米，与认证值较为一致。
利用单波数法成功重建膜标准三维表面形貌，充分验证系统较高精度测量能力。
三、白光色散干涉法的技术优势
基于白光色散干涉法的测量系统，通过逐行光谱校准和单波数法，实现薄膜表面轮廓与膜厚的同时测量，具有纳米级垂直分辨率。景颐光电的膜厚检测仪基于此技术开发，利用光干涉原理，集成进口卤钨灯光源，使用寿命超10000小时。
该仪器支持非接触式、无损、较高精度测量，可测反射率、颜色、膜厚等参数，广泛应用于半导体薄膜、液晶显示、光学镀膜、生物医学等薄膜层厚度测量。
膜厚检测仪配备的OPTICAFILMTEST光学膜厚测量软件，采用FFT傅里叶法、极值法、拟合法等算法，包含丰富材料折射率数据库及开放式材料数据库，可实时显示干涉、FFT波谱和膜厚趋势，协助用户分析测试数据。
仪器具备Mapping成像模式，能表征膜厚均一性，多类解析算法满足不同测量需求，软件简洁易用，测量一键操作。/
未来，该系统将通过多方法融合拓展薄膜测量厚度范围与应用场景，满足半导体制造等行业检测需求升级。
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