薄膜厚度测量研究

　　一、测量原理

　　光切显微镜测量厚度原理是利用一狭窄的扁平光束A以一定的倾斜度投射到被测表面上,光束在被测表面上发生反射所反映出来的表面微观不平度,在光束反射方向上用显微镜观测的方法。图1为光切法测量原理图(若被测量面为一理想平面,则所有反射光点将成像在一直线上,否则反射光点成像不在一直线上)。倾斜光束A投射到被测有微小厚度差异的阶梯表面P1、P2上,其交线分别为S1、S2,在A方向上的距离为h′,于反射光B的方向上可观察到S1、S2的象S′1、S′2,其间距离为h″,若倾斜角α取45°,则阶梯表面的阶梯高度h由图1中的几何关系不难看出:

　　联立式(1)、(2),求得表面阶梯高度h为:

　　测量薄膜厚度利用上述原理。

　　为了测量与计算方便,在仪器设计时采用机械方法加以有理化,即在光切显微镜上将测微目镜分划板十字线的移动方向A-A与微小高度差值h″方向成45°,如图2所示,其移动量a由测微目镜鼓轮读出。因此,在目镜视场内光带的微小高度之间的距离h″与测微鼓轮读出的数值a之间的关系为:h″=a·cos45°,将此代入(3)式,可得表面微小高度h与测微目镜鼓轮读数a之间的关系如下:

　　二、测量方法及过程

　　1.根据被测件薄膜厚度,选择适当倍率的物镜并进行仪器定度

　　由式(4)可见测微目镜鼓轮上一小格的刻度值C是随物镜放大倍率不同而不同,而对同一台仪器用同一物镜的C值是不变的,所以测量前要先对C值进行测定(当然也可以先测物镜放大率V值,后计算得C值)。

　　将仪器所带的标准刻度尺(刻度值Z=0.01mm)放在仪器工作台上,调整仪器,使在目镜视场内看到刻度尺的清晰刻线,使刻线与光带垂直,并使目镜内十字线交叉点移动方向与光带平行。

　　根据物镜放大倍率选择合适的标准刻度线格数M,可参照说明书。

　　旋转测微目镜鼓轮,使十字线交叉点和刻度尺上被选段一端刻线重合,记下读数a1,然后转动鼓轮,使十字线交叉点与所选段另一端刻线重合,记下鼓轮上的读数a2,求出n(n=a2-a1)。

　　为精确测量起见,需要对标准尺上刻线部位进行不少于三次测量。将测得a1、a2记下,按下式(5)求得C值。

　　2.实测过程

　　移动粗调手轮对工作台面调焦,微调手轮使视场中出现最清晰的狭缝象。

　　调整工作台横向移动方向与狭缝象平行,为此可在工作台上预先做一标记,使目镜千分尺十字线和标记相切。转动工作台上手轮,使工作台横向移动并观察标记是否离开十字线相切点。