2023金屬及其他無機覆蓋層 鍍層厚度的測量索多光束干涉法

金屬及其他無機覆蓋層覆蓋層厚度的測量裴索多光束干涉法目 次前 言 II范圍 3規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 3測微目鏡（Filarmicrometereyepiece） 3刻度單位（Filarunits） 3裴索平板（Fizeauplate） 3干涉條紋（Fringelines） 3指示線（Hairlines） 4偏移量（Offset） 4間距（Spacing） 4原理 4設備 4影響測量精度的因素 4反射覆蓋層 4臺階形狀 4讀數(shù)精度 5表面平整度 5臺階清晰度 6粗糙度 6潔凈度 6臺階的制備 6校準 6檢測步驟 6臺階制備 6測量程序 6測量精度 8IPAGEPAGE3PAGEPAGE4金屬及其他無機覆蓋層覆蓋層厚度的測量裴索多光束干涉法范圍本文件規(guī)定了一種使用裴索多光束干涉儀測量覆蓋層厚度的方法，所測量的覆蓋層具有厚度較?。ㄗ畲蠛穸?μm）且反射率高的特點。本文件規(guī)定的測試方法不適用于搪瓷類覆蓋層的測量。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T3138金屬及其他無機覆蓋層表面處理術(shù)語（GB/T3138—2015,ISO2080:2008,IDT）GB/T12334（GB/T12334—2001,ISO2064:1996,IDT）GB/T6463（GB/T6463—2005,ISO3882:2003IDT）術(shù)語和定義GB/T3138、GB/T12334界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1測微目鏡Filarmicrometereyepiece3.2刻度單位Filarunits測微儀控制裝置上的刻度，與長度單位成比例。3.3裴索平板Fizeauplate表面光滑，且具有高反射率和低吸收率的光學平板。3.4干涉條紋Fringelines由光波干涉而形成的一組暗線。3.5指示線Hairlines測微目鏡內(nèi)隨旋轉(zhuǎn)手輪移動的細線，用來測量干涉條紋的間距和偏移量。3.6偏移量Offset樣品表面產(chǎn)生垂直高度變化時，條紋發(fā)生的位移。3.7間距Spacing干涉條紋之間的距離。原理（或在鍍覆蓋層前對基體進行掩蓋從而形成一個從基體表面到覆蓋層表面的臺階，并使用多光束干涉儀測量臺階的高度。1/2單色光波長。通過測微目鏡能確定條紋位移所包含的整數(shù)和分數(shù)的條紋間距。設備該儀器采用：一束單色光束；光學元件引導光線穿過特殊覆蓋層的裴索平板，并以微小角度與樣品接觸，從而形成楔形空氣影響測量精度的因素反射覆蓋層臺階形狀對于覆蓋層厚度小于0.3μm的試樣，通常不需要特殊加工，如圖2（a）所示。95°~100°，如圖2（b）所示。讀數(shù)精度為了盡可能的消除空程誤差，應始終沿同一方向?qū)y微目鏡進行調(diào)整。表面平整度表面應非常平整，以便在展開時產(chǎn)生清晰的干涉條紋，尤其是測量厚度為0.001-0.01μm時。表面的不平整會引起條紋的彎曲，進而導致測量精度的下降。曲率半徑越小，測量精度越低。圖1裴索多光束干涉儀測量覆蓋層厚度原理圖（a）覆蓋層厚度小于0.3μm （b）覆蓋層厚度大于0.3μm圖2臺階形狀臺階清晰度(如果是測量電鍍得到的覆蓋層厚度，并且已提前進行掩膜處理，則由于臺階邊緣局部電流密度較高，顯示出脊丘形狀，并在邊緣條紋圖呈現(xiàn)呈現(xiàn)出相應的曲線。應盡量避免或者忽略這種曲線)粗糙度潔凈度臺階的制備如果臺階是由覆蓋層基體的掩蓋和溶解，或覆蓋層的不完全溶解形成的，則無法得到精確的測量結(jié)果。校準通過多光束干涉法測量的結(jié)果是高度差的絕對值，所以不需要進行校準。檢測步驟臺階制備鍍前掩膜在鍍膜前掩蓋住樣品的部分表面。在樣品的未掩蓋表面進行鍍膜。去除掩蓋材料。注：掩蓋部分盡可能小，以最大限度降低邊緣堆積。鍍后掩膜掩蓋住除待溶解部分外所有覆蓋層表面。溶解一小塊區(qū)域內(nèi)的覆蓋層。去除掩蓋材料。注：①制備臺階時應使臺階頂部不受任何損壞或侵蝕，臺階底部不留有任何覆蓋層痕跡，且溶解覆蓋層時不應傷害到基體。②臺階應該傾斜，以便沿著臺階移動時觀測到條紋的位移。如果臺階高度或覆蓋層厚度已知，并明確知道條紋位移內(nèi)包含的條紋個數(shù)，則可以忽略這一要求。測量程序要獲得較好的干涉條紋，需遵循以下步驟：a調(diào)整物鏡焦距并將臺階放置在測微目鏡的視野中。b調(diào)整裴索平板和試樣之間的角度以獲得條紋圖案。調(diào)整試樣的角度位置，使條紋與臺階垂直。c調(diào)整亮度、視野大小和目鏡焦距使條紋清晰。d再次調(diào)整焦距，獲得最大清晰度。e用測微儀測量臺階上條紋的位移和條紋之間的間距。覆蓋層厚度計算公式如下：

?=??λ2

（1）其中ΔN是穿過臺階的整數(shù)或分數(shù)的條紋數(shù)量；λ是入射光波長。在實際測量中采用條紋偏移法，如圖3所示。覆蓋層厚度計算公式如下，其中條紋的間距和偏移單位為刻度單位：條紋偏移（刻度單位）×λ=表面變化高度 （2）條紋間距（刻度單位） 20.002μm~0.01μm的覆蓋層，但該方法具有普遍的適用性。為了確保條紋圖案在移動過程中的清晰度，樣品表面應十分光滑，如圖3和圖4所示。具體步驟如下：3所示；

圖3兩個干涉條紋圖相對線寬（刻度單位）×λ=實際線寬 （3）行距（刻度單位） 24所示；計算覆蓋層厚度：

圖4一個干涉條紋圖線偏移（刻度單位）相對線寬（刻度單位

×實際線寬=覆蓋層厚度 （4）當表面非常光滑時，線寬約為0.006μm，精度為0.003μm，即±50%。因此，可以用±0.001μm的精度測量厚度為0.002μm的覆蓋層。條紋線寬法適用于線寬粗細均勻的條紋。線寬的均勻性應通過實驗或與儀器制造商進行驗證。測量精度多光束干涉儀能夠檢測垂直于覆蓋層表面0.