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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 | 膜厚 | 測量 | 解析度 | 預處理 | 速度 | 價格 |
非 | 白色干涉類型： | ◎ | 步 | 表面 | ◎ | 不必要 | ◎ | ○ |
反射光譜： | × | ◎ | 觀點 | ◎ | 不必要 | ◎ | ○ | |
橢偏儀 | × | ◎ | 觀點 | ◎ | 不必要 | × | × | |
共聚焦激光 | ○ | 步 | 線（面） | ? | 不必要 | △ | ? | |
接觸 | 針式輪廓 | △ | 步 | 線 | Z軸 | 需要 | ○ | × |
原子力顯微鏡： | ◎ | 步 | 線（面） | ◎ | 需要 | △ | × | |
電鏡截面 | ○ | 橫截面 | 表面 | ◎ | 需要 | × | × | |
千分尺 | × | × | 觀點 | × | 不必要 | × | ◎ | |
電氣測量： | × | ○ | 觀點 | 低的 | 需要 | × | ◎ | |
重量換算方法 | × | △ | 表面 | 低的 | 需要 | × | ○ |
方法 | 特點/優點/缺點 |
白色干涉型 | 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。 |
反射光譜 | 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。 |
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 | 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。 |
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。 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 | 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。 |
直接接觸測量 | 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。 |
電測量： | 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。 |
