简而言之，薄膜厚度不是直接测量的，而是通过分析光波与薄膜的相互作用来计算的。专业仪器测量由从薄膜反射或穿过薄膜的光线产生的干涉图案，然后复杂的算法利用此图案计算出精确的厚度值。
核心原理是薄膜干涉。测量方法的选择——以及因此产生的具体计算方法——完全取决于薄膜下方的材料（基底）是不透明还是透明。
核心原理：光波干涉
要理解厚度是如何计算的，您必须首先理解光波干涉现象。这是所有现代光学厚度测量的基础。
双波相互作用
当光线照射到薄膜时，一部分光线从顶表面反射。其余的光线进入薄膜，穿过薄膜，然后从底表面（薄膜-基底界面）反射。
这两束独立的反射光波随后返回并重新组合。由于其中一束波传播了更长的路径（穿过薄膜向下再向上），它与第一束波存在相位差。
相长干涉和相消干涉
根据薄膜的厚度和光的波长，这两束重新组合的波将相互增强（相长干涉）或相互抵消（相消干涉）。
这种干涉在不同波长的光下产生独特的频谱“指纹”，表现为峰值（相长）和谷值（相消）。这些峰值之间的距离与薄膜的厚度成正比。
选择正确的测量方法
基底——薄膜沉积在其上的材料——是决定使用哪种测量技术的最重要因素。
对于不透明基底：反射测量法
如果薄膜位于不透明基底上，例如硅晶圆，您必须使用反射测量法。
仪器将光源照射到样品上，探测器（光谱仪）测量在一定波长范围内反射回来的光强度。通过分析反射光中的干涉图案，软件可以计算出薄膜厚度。
对于透明基底：透射测量法
如果薄膜位于透明基底上，例如玻璃或石英，您可以使用透射测量法。
在这种方法中，光线穿过整个样品，探测器测量完全穿透的光线。此方法分析透射光中的干涉图案以确定厚度。
理解权衡和关键变量
仅仅测量光谱是不够的。计算是一个建模过程，依赖于关键假设。这些假设中的错误将导致不正确的结果。
折射率 (n) 的重要性
计算与薄膜材料的折射率 (n) 密不可分，折射率描述了光线穿过材料的速度。
如果您不知道折射率，就无法准确计算厚度。如果您向分析软件提供了不正确的折射率值，它将返回不正确的厚度值。
薄膜均匀性和粗糙度
光学测量技术最适用于光滑均匀的薄膜。
如果薄膜表面粗糙或其厚度在测量点上变化很大，干涉图案将变得模糊或失真，从而难以或不可能进行准确计算。
多层复杂性
当处理多层薄膜堆叠时，光线会从每个界面反射。这会产生高度复杂的干涉图案，需要更高级的建模软件来解构并准确计算每个单独层的厚度。
为您的目标做出正确选择
您选择的方法取决于您的样品，但准确性取决于对整个系统的理解。
- 如果您的主要关注点是硅或金属上的薄膜：您将使用反射测量法。重点是确保您的材料折射率得到充分表征。
- 如果您的主要关注点是玻璃或塑料上的薄膜：您可以使用透射测量法，这种方法通常对背表面反射不那么敏感，可以提供更清晰的数据。
- 如果您的主要关注点是绝对精度：您必须验证材料的厚度以及光学常数（如折射率），因为这两者是同时计算的。
最终，掌握薄膜厚度测量在于控制影响光线与材料相互作用的变量。
总结表：
| 测量方法 | 最适合基底类型 | 关键原理 |
|---|---|---|
| 反射测量法 | 不透明（例如，硅晶圆） | 分析反射光中的干涉图案。 |
| 透射测量法 | 透明（例如，玻璃，石英） | 分析透射光中的干涉图案。 |
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