由于光散射，粗糙表面上的薄膜厚度测量通常具有挑战性。事实上，表面粗糙度和厚度不均匀性是降低光谱反射系统厚度测量能力的两个主要因素。然而，这些特性通常存在于许多现实生活中，例如金属涂层。MProbeMSP提供了一种解决方案来克服这一限制，甚至可以测量挑战性的应用。
粗糙表面上的膜厚测量
由于光散射，粗糙表面上的薄膜厚度测量通常具有挑战性。事实上，表面粗糙度和厚度不均匀性是降低光谱反射系统厚度测量能力的两个主要因素。然而，这些特性通常存在于许多现实生活中，例如金属涂层。MProbeMSP提供了一种解决方案来克服这一限制，甚至可以测量z具挑战性的应用。
解决方案的关键是表面粗糙度和厚度不均匀性都取决于测量区域。通过减小测量点尺寸，可以减少有效粗糙度和厚度不均匀性（在该点内观察到）。
一、表面粗糙度
表面粗糙度会导致光散射增加。这导致镜面反射率降低和干扰减弱。编织长度越短，光散射越明显。因此，长可见光和近红外(NIR)波长范围(700-1700nm)更适合表面粗糙度的应用。表面粗糙度对反射光谱影响的模拟（图1）表明，对于RMS>100nm，干涉图样显着退化。在这些条件下测量厚度变得具有挑战性。
图1 不同表面粗糙度的5um聚合物薄膜的反射光谱(700nm-1700nm)（模拟）。对于光散射，有一个特征，即在较短波长下加速退化（强度和干涉）
表面粗糙度会导致光散射增加。这导致镜面反射率降低和干扰减弱。编织长度越短，光散射越明显。因此，长可见光和近红外(NIR)波长范围(700-1700nm)更适合表面粗糙度的应用。表面粗糙度对反射光谱影响的模拟（图1）表明，对于RMS>100nm，干涉图样显着退化。在这些条件下测量厚度变得具有挑战性。
图2 粗糙度为0.5umRMS的金属表面（掩模版直径为20um）。在20微米的尺度上存在明显的粗糙度，但在<5微米的尺度上可以看到平滑区域
粗糙表面在微观水平上呈现出峰状和光滑区域（图2）。很明显，在20um尺度上存在明显的粗糙度，但在<5um尺度上存在光滑区域。因此，应该可以选择足够小的测量点来减少粗糙度影响。事实上，图3、4的结果表明，使用2um测量点表面粗糙度效应实际上可以消除，并且可以可靠地测量涂层厚度。粗糙度拓扑还会导致微观层面上涂层厚度的变化——这是测量退化的潜在来源（我们将在下面回顾）。但较小的光斑尺寸也有助于减少这种情况。尽可能小的测量点尺寸并不总是能给出结果。光斑尺寸需要根据特定应用进行优化。
图3 使用2um测量点测量反射光谱700-1100nm（样品图2）。明显的干涉条纹清晰可见
图4 测量结果（数据图3）。峰值表示涂层厚度。它坚固而明显，表现出出色的选择性（没有其他厚度）
二、厚度不均匀性
涂层厚度不均匀性（测量点内）导致反射光谱类似于多层薄膜叠层。如果厚度变化足够大，则光相位（和干涉）将被扰乱，并且无法进行厚度测量。图5显示了覆盖具有不同厚度T1、T2的两个区域S1、S2的光斑尺寸示例。
图5 测量点内不同厚度的区域
当区域S1、S2的反射率到达光电探测器时，反射率被组合并转换为强度（反射率作为矢量/复数）。这个过程称为卷积。光相位不会丢失——它会转换为信号幅度。在数据分析过程中，信号被分解（使用FFT）并提取厚度。测量过程中的反射率变换如图6所示。光学相位永远不会被平均，如果光束有多个具有不同相位的区域，它们将独立地进行卷积和解卷积。
图6测量过程中不同厚度区域的测量信号的变换（卷积和反卷积）
因此，如果厚度在测量点内随机（或连续）变化，则反卷积后会产生连续的厚度。因此，无法确定涂层厚度。
通过减小测量点尺寸–我们减少了厚度变化并使厚度测量成为可能。
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