各类光学薄膜厚度测量仪测量误差差异性研究(5)
图2.3 单层薄膜的反射与透射
根据多光束干涉原理，计算得到薄膜上表面反射光的复振幅为
透射光的复振幅为 (2.15)
相邻两束光由光程差引起的相位差为
则薄膜的反射系数和透射系数可根据以下公式计算得到
由式 (2.17)和 (2.18)可得，薄膜的反射比和透射比分别为
当光垂直入射到薄膜上时，薄膜上表面和下表面的反射系数分别为
和 ，代入到式(2.19)可得垂直入射时薄膜的反射比
对于薄膜，基底材料的折射率 和周围介质材料的折射率 确定，所以薄膜的反射比 是 和 的函数，也即是薄膜折射率和厚度的函数。
3 不同厚度薄膜样品的镀制和测量
3.1 不同厚度薄膜样品的镀制
3.1.1 样品的设计方案
为了研究本课题，设计了一个比对的方案。在多块玻璃基片上分别镀上不同材料的薄膜，每种材料镀制薄、中、厚三种不同厚度的薄膜。同时每一种材料的每一种厚度的样品镀制两片，一片有台阶，为了适用于白光干涉仪和轮廓仪测量，另一片没有台阶，适用于分光光度计和椭偏仪测量。样品如表3.1。
表3.1 不同厚度薄膜样品设计方案
材料 SiO2 TiO2 ZrO2 MgF2
样式 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶 有台阶 无台阶
厚度（薄/nm） 100 100 100 100
厚度（中/nm） 300 300 300 300
厚度（厚/nm） 500 500 500 500
3.1.2 样品的镀制过程
（1）在配电柜中打开镀膜机、冷水机、冷冻机的电闸。开启空气压缩机，将输出气体压强调节到0.6Mpa。开启冷水机电源开关，开启水泵开关，最后打开压缩机开关。开启冷冻机，先打开电源开关，然后按下工作按钮“ON”。开启镀膜机，先打开电源开关，按下绿色工作按钮，开启真空探测器、真空度控制器、晶控、光控电脑、镀膜机主控制电脑。
（2）按下主控制电脑的“warm up”按钮，进行镀膜机的热机工作，热机时间50分钟。热完机器之后，按“VENT”按钮，对镀膜机内充气，升高机内压强，等到压强达到7.4×102托即外界大气压情况下，镀膜机的门打开。将事先用乙醚擦洗过的玻璃（K9）玻璃放到盖子上，对左右两边的干锅中添加镀膜材料（二氧化硅SiO2），用吸尘器清理下室内，然后关上门，按下“Auto”和“Process”按钮，进行室内抽真空。抽真空，先开启机械泵，当室内气压达到8.6×10-5托时，开启罗茨泵，当气压达到1.4×10-5托时，打开扩散泵，当气压达到10-4量级，高真空度探测器打开显示高真空度数值，当数值达到2.0×10-5托时，真空快抽好了，将要进行镀膜。
（3）第一次抽真空大约需要三个小时，在抽真空的时候，我们可以在晶控仪对镀制膜系进行设计输入。例如镀制SiO2，我们需要镀制600nm左右的膜层，可以在晶控仪上点“F6 PROGRAM”按钮,再点“F2 PROCESS DIRECTORY”按钮进入膜系选择，选择好膜系点“F5 PROCESS”进入膜层参数设置，在界面中有材料、沉积速率、镀制厚度、使用干锅号几个需要按要求输入，之后点击“F5 LAYER EDITING”按钮返回主界面，膜系就设计好了。