薄膜在半導(dǎo)體、顯示和二次電池等高科技產(chǎn)業(yè)中被廣泛使用，其厚度通常小于一微米。對(duì)于這些薄膜厚度的精確測(cè)量對(duì)于質(zhì)量控制至關(guān)重要。然而，能夠測(cè)量薄膜厚度的技術(shù)非常有限，而光學(xué)方法因其非接觸和非破壞性特點(diǎn)而被廣泛采用。Flexfilm全光譜橢偏儀不僅能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)薄膜厚度和光學(xué)性質(zhì)的高精度測(cè)量需求，還能為科研人員提供豐富的光譜信息，助力新材料的研發(fā)和應(yīng)用。

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光譜反射法（SR）

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光譜反射法（SR）的基本光學(xué)結(jié)構(gòu)與反射光譜SR的光學(xué)配置：

• 寬帶光源：如鹵鎢燈或LED，覆蓋寬波長(zhǎng)范圍以生成干涉光譜。
• 光譜儀：檢測(cè)反射光的光強(qiáng)隨波長(zhǎng)的分布（反射光譜）。
• 無參考鏡：區(qū)別于光譜域干涉儀（SDI），SR僅需樣品反射光。

單層薄膜的多光束干涉模型：光在空氣-薄膜界面（r12）和薄膜-基底界面（r23）發(fā)生多次反射與透射。測(cè)量與模型反射光譜的比較：擬合過程：通過調(diào)整模型中的參數(shù)（如薄膜厚度d、折射率N~2等），使模型反射光譜與測(cè)量反射光譜盡可能接近。最小二乘法：計(jì)算模型反射光譜與測(cè)量反射光譜之間的平方差之和，并找到使該值最小的參數(shù)組合，從而確定薄膜的厚度。

高數(shù)值孔徑物鏡中的入射角分布

在光譜反射法（SR）中，當(dāng)使用高數(shù)值孔徑（NA）物鏡時(shí)，入射光不再是單一角度的正入射，而是以寬范圍的入射角分布照射到薄膜表面。提高測(cè)量精度：通過考慮入射角分布，可以更準(zhǔn)確地模擬反射光譜，從而提高薄膜厚度測(cè)量的精度。適應(yīng)高分辨率測(cè)量：高數(shù)值孔徑物鏡在高分辨率測(cè)量中非常重要，但其帶來的入射角分布問題也需要通過理論模型加以解決。SR 與干涉法結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)

• SR 與光譜分辨白光干涉法的組合系統(tǒng)

核心組件：寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)分束器分為兩束：一束照射樣品（測(cè)量光束），另一束照射參考鏡（參考光束）。兩束反射光匯合后由光譜儀檢測(cè)，形成包含薄膜厚度和表面輪廓信息的干涉光譜。薄膜厚度測(cè)量：通過分析樣品與參考鏡之間的干涉光譜，提取薄膜厚度信息。具體來說，通過傅里葉變換選擇低頻部分的干涉信號(hào)，反傅里葉變換后得到薄膜厚度。表面輪廓測(cè)量：通過分析高頻部分的干涉信號(hào)，提取表面輪廓信息。具體來說，通過傅里葉變換提取相位信息，計(jì)算表面高度。

• SR 與低相干干涉儀（LCI）的組合系統(tǒng)

可以同時(shí)測(cè)量薄膜厚度和表面輪廓，雙模式切換：

• 薄膜厚度測(cè)量：在SR模式下，使用與傳統(tǒng)SR相同的方法測(cè)量薄膜厚度。
• 表面輪廓測(cè)量：在LCI模式下，通過垂直掃描Mirau物鏡，獲取干涉條紋。通過最小二乘法擬合模型化的干涉信號(hào)，確定表面輪廓。

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光譜橢偏儀（SE）

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橢圓偏振儀的基本組成與布局

橢偏儀的核心組件：光源（LS）、偏振態(tài)發(fā)生器（PSG）、樣品、偏振態(tài)分析儀（PSA）、探測(cè)系統(tǒng)（DOS）以及光電探測(cè)元件（PDE）。PSG 和 PSA 通過線性偏振器、補(bǔ)償器或光彈相位調(diào)制器控制入射光和反射光的偏振態(tài)，DOS 包含光學(xué)元件對(duì)偏振態(tài)的影響。橢圓偏振儀，通過測(cè)量偏振態(tài)變化（如穆勒矩陣分量）反推薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)，適用于埃到微米級(jí)厚度測(cè)量。隨著高科技產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，薄膜技術(shù)在半導(dǎo)體、顯示面板、電池等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，薄膜厚度的精確測(cè)量對(duì)于保障產(chǎn)品質(zhì)量和性能至關(guān)重要。本文綜述了光譜反射法（SR）和光譜橢偏儀（SE）兩種主流的光學(xué)測(cè)量技術(shù)，在保持非接觸、無損優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步融合人工智能算法以提升動(dòng)態(tài)測(cè)量速度，拓展多物理場(chǎng)耦合下的復(fù)雜結(jié)構(gòu)表征能力。

Flexfilm全光譜橢偏儀

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全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測(cè)單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測(cè)量和分析光伏領(lǐng)域中單層或多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率n、消光系數(shù)k）

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測(cè)量技術(shù)：無測(cè)量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測(cè)量：先進(jìn)的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測(cè)技術(shù)。
• 秒級(jí)的全光譜測(cè)量速度：全光譜測(cè)量典型5-10秒。
• 原子層量級(jí)的檢測(cè)靈敏度：測(cè)量精度可達(dá)0.05nm。

隨著薄膜測(cè)量技術(shù)向更高精度與效率發(fā)展，Flexfilm全光譜橢偏儀代表了新一代橢偏技術(shù)的突破。其通過寬光譜覆蓋（紫外至近紅外）與高速多通道探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超薄薄膜與復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)的快速、全波段光學(xué)表征。原文出處：A Review of Thinfilm Thickness Measurements using Optical Methods