Technology Innovation and Application
应用科技
2021年16期
沈啥1，周珊打邵通广2
施韦泽
（1.常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州213025;2.南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京211102）
摘 要：光谱法测量透明膜层厚度是目前人们讨论最多和应用最为广泛的测量方法之一。随着光谱技术向更高精度和更
宽光谱方向的发展，在薄膜设计和工艺制备中，利用光谱测量透明膜层的厚度具有非常重要的意义。文章主要对光谱在透明膜
层厚度测量中的应用，及光谱测量设备在实际生产中的应用进行了探讨，以期能够提升透明膜层厚度测量的水平和质量。
关键词：光谱；透明膜层；厚度测量
中图分类号：0657.3 文献标志码:A 文章编号：2095-2945 （2021 ）16-0172-03
Abstract : At present, the measurement of transparent film thickness by spectroscopy is one of the most discussed and
widely used methods. With the development of spectral technology to higher precision and wider spectrum, it is very important to use spectrum to measure the thickness of transparent film in film design and process preparation. This paper mainly
discusses the application of spectrum in transparent film thickness measurement and the application of spectral measuring
equipment in practical production, in order to improve the level and quality of transparent film thickness measurement.
Keywords : spectrum; transparent film; thickness measurement
在薄膜工艺制备中，膜层的厚度是关键参数之一，直 接关乎薄膜的质量和应用效果。在很大程度上，
透明膜的 厚度决定了透明膜的力学性能、电磁性能及光电和光学 性能。因此，测量透明膜层的厚度一直是人们普遍关注的 重要问题之一。
1光谱测量技术综述
光谱法是对物质内部发生量子化的能级之间的跃
迁，在基于物质与辐射能作用时，测量产生的发射、吸收、
散射辐射的波长和强度的方法。光谱法表现形式为线光
谱，分为原子光谱法和分子光谱法。其中原子光谱法是由 原子外层或内层电子能级变化产生的；分子光谱法是由 分子中电子能级、震动和转动能级的变化产生的，主要有
紫外-可见分光光度法、红外光谱法、分子荧光光谱法等, 表现形式为带光谱。
通过测量透明膜的光谱特性可以计算出透明膜层的 厚度和光学常数。从透明膜与基底，再到透明膜界面上的
光束透射或反射，根据光的干涉理论，可以引起双光束或
民事诉讼法学多光束干涉效应。在一个多层透明膜系统中，透明膜的特 性决定着大量光束干涉特性，光束干涉受透明膜的界面
影响很大，可以用其特征矩阵来表征
'B cos d —sin d 1
C
n
in sin d cos d n
, (1)
在光束垂直入射薄膜表面的情况下:
d $ 弐 nd ,
入
( 2)
新疆自贸区
由此，单层膜系的导纳Y 可以表示为：
Y= C 厶豆
,( 3)
单层膜系的振幅反射系数为：
i -丫 ,( 4)
Bc+y
能量发射率为：
R $ r.r ,
( 5)
最后可以得到反射率Ao
光谱法能够同时测定透明膜的多个参数，测量简单, 能有效排除方程解的多值性，可以测试多种类型的透明
膜。但同时光谱法的透射和反射光谱是由分光计测量得 到的，具有一定的局限性。对于透明膜表面条件来说，反 射率和透射率的稳定性较差，测量精度不能达到很高。
2几种常见光谱在透明膜层厚度测量中的应用
2.1 光干涉法在透明膜层厚度测量中的应用
光干涉法的是利用相干光干涉形成的厚干涉条纹来 确定透明膜层厚度和折射率的一种方法。涂层厚度和涂
层的光学性能采用ShimadzuUV3100型UV-VIS-NIE 分 光光度计测试。测定厚度时，反射光谱入射角0=5。，透过
作者简介：沈啥（1993-），男，本科，助理工程师，研究方向:p cba 焊装及线束加工应用；周珊（1982-），女，本科，工程师，研究方向:pcba 焊装及三 防技术；邵通广（1989-），男，硕士研究生，研发工程师，研究方向：光学应用、嵌入式硬件应用。
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光谱射光线和基材垂直，可用任何一种透射、吸收、反射
光谱。膜层厚度的计算公式如下：
/(
d$—~»——,(6) 2n2—sin20丁一工
-入2入.
其中，膜层折射率为n，膜层厚度为，光线入射角为0，吸收峰或谷的波长分别为儿、入2，吸收峰、谷波长之间峰或
计算透明膜的厚度时，为了获得平均值，将不同的峰或谷的波长分别代入(1)式中，并且在测试过程中m=1.508，采用反射光谱时0=5。，采用透过光谱时e=2。。用浸渍法的膜层质量能够满足质量要求，一般可以获得大约1-5um的涂层厚度。
2.2红外光谱法在透明膜层厚度测量中的应用
硅羟基脱水及硅氧硅键的形成。在水解后，有机硅氧烷系列涂料能够形成大量的Si-OH基团，在固化的过程中，脱水交联后,Si-OH间会形成Si-O-Si键。因此，对固化的过程，可以采用FTIR光谱进行跟踪分析。如图2所示。
其中,Si-OH中羟基吸收峰为3400cm-1,Si-O-Si吸收峰为794.6cm-1。选择对应温度下相对不变的吸收峰作为参考内标，可以对不同固化温度之间进行比较。
2.3椭圆偏振法在透明膜层厚度测量中的应用
目前，椭圆偏振法借助计算机，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。椭圆偏振测量利用偏振光在界面反射或透射时发生偏振态改变，是研究光在两媒介界面发生的现象及介质特性的一种光学方法。
椭圆偏振法如图3所示。在载物台的中央放上氧化锆，望远镜转到40。，并且在目镜上，使反射光形成亮点，采用四点来测量透明膜层的厚度，可以减少系统误差。为了使目镜内的亮点最暗(检流计值最小)，先将1/4的波片放置到+45。的快轴上，并对检偏器A和起偏器P进行仔细调节，为了测得两组消光位置数值，应记下A值和P 值。其中前者分别大于9O(AJ和小于90(A2),P值对应比和P2。接着可以到两组消光位置数值，或将1/4波片快轴转到-45。,A值分别记为A3和A4,P值对应P3和P4。
在椭偏仪中输入数据进行处理，得到相应的数据。样品1号的A值分别为硕+咼丁、硕打'P值分
别为仔拧刃、1-4522，加《为19.15，为1.9857，误差为2,667%；样品2的A值分别为后、羔r，+45°-45°
p值分别为1346、8684"9。必皿为543.1，为1.7148，误差为0.547%o
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图4涡流测厚仪与光谱测厚仪测量对比
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图5金相切片分析结果
图6光谱测厚仪测量结果
3光干涉法在实际生产中测量验证
以印制电路板三防漆为例。
nand闪存
3.1与接触式测量仪测量对比验证
取印制电路版上2点分别用涡流测厚仪和光谱测仪 测量。由于涡流测厚仪测量读数为基板-探头的距离，包 含了绿油和三防漆，而绿油厚度为3~5滋m ，故涡流测厚
仪结果应比光耦测厚仪大3〜5滋m o 实际测量结果如图4 所示，差值在3~5滋m ，满足理论值。
3.2与金相切片测量对比验证
取印制电路板上单点分别用金相切片分析和光谱测
厚仪测量。测量结果如图5、图6所示，误差不超过1滋m ,
可见光谱测厚仪能精准测量透明膜层。
4透明膜层对不同基材透光性的影响
根据以上测量方法的运用，我们可以看出，膜层对不同 基材透光性具有非常大的影响。当基底的折射率高于涂层折 射率时，涂层对基底有增透的作用，当满足n $ n1 d $
1/4l
时，对于基底来说，涂层具有最大的增透作用。其中d 为
涂层的厚度,1位基底折射率，入为主增透波长。根据在 不同的基材上有机硅耐磨透明层的透光情况来看，涂层
对JD 树脂的透光性明显增加，增透5%左右。
5结束语
综上所述，光谱在透明膜层厚度测量中，不同测量方 法各有特点，并且都具有一定的互补作用。各方法存在测
量精度、范围和应用范围差异，因此在实际应用时，我们 应根据待测样品的特性和测试要求，选择合适的光谱方
法进行测量。
参考文献：
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