光学表面分析仪已成为精密制造工具

 非破坏性测量技术正在走出实验室，进入工厂，对薄膜和其它复杂的镀膜进行实时评估。
 在微电子、生物医学等许多产业中，了解现代材料的光学表面性质已经成为生产的关键组成部份。  随着制造过程和产品复杂程度的增加，对薄膜厚度、化学成分等表面性质进行实时、在线的精确分析和控制就变得十分必要。这种趋势正在为非破坏性光学计量技术进入批量生产环境,特别是与薄膜有关的生产环境铺平了道路。
 在历史上，最普通的表面分析技术是质谱技术和电子能谱技术。这些技术能测量任何固体材料外表层的化学和物理成分。使用最新的仪器,现在有可能识别表面的元素，能对这些元素进行定量的分析，精度可达十亿分之几，或者，绘制表面各类原子的分布图。
 但是，这些技术在使用起来有许多限制：除了只能在实验室使用之外，这些仪器的设计都是以远离生产环境的孤立样品为分析对象的，从根本上说，它们对所测样品具有破坏作用。甚至，原子力显微术和激光诱导击穿光谱术也不适合对像半导体芯片、平板显示和数据存储头这样的薄膜产品进行在线分析。尽管，长期以来，人们总认为原子力显微镜是表面检查和分析的基本工具；认为激光诱导击穿光谱技术是正在出现的可以在工业部门使用的精密分析技术，因为，它只要求很小的样品。但是，这两种技术都有可能改变敏感样品的光学性质，所以，都不能用于在线分析。
 J.A.  Woollam  Co.  (Lincoln,  NE)公司是研发和生产分光椭偏计的一家主要公司。该公司的工程师James  Hilfiker说：“半导体产业正在向越来越薄的薄膜方向推进,  SIMS分析和其它溅射深度分布技术对样品的破坏极大,而在用扫描电子显微镜和透射电子显微镜时，通常必须对样品进行切割，然后从边上对样品进行扫描。在生产环境中，你能经常这样做吗？”
 这些问题促使人们去发展更加精致的光学仪器，特别是发展能在生产环境中对薄膜进行实时分析的光学仪器。这些光学仪器包括散射仪、反射计、表面光度计和椭偏计。现在，它们能为微电子以外的许多行业提供实时的表面质量和薄膜厚度数据。这些行业包括药品、摄影、建筑、法院等，甚至还可以用于飞机、火车和汽车的防腐保护。
 Ocean  Optics  (Dunedin,  FL)公司的销售副总Leeward  Bean说：“利用光纤来传输光，为薄膜测量插上了新的翅膀，它大大提高了仪器的功能和灵活性，使薄膜分析得益非浅。许多事情用老的仪器是不可能做到的”。
 薄膜计量
 大多数非破坏性表面分析技术是以光的反射为基础的。例如，光学表面光度仪通过光学干涉测量表面的粗糙度，为表面形貌提供非接触测量，用途很广，如厚膜测量、集成电路包装和摩擦学应用。  例如，来自Solarius(Sunnyvale,加州)的LaserScan表面光度仪的测量范围达10毫米,  垂直分辨率小到0.01μm（见图1）。在集成电路包装中，LaserScan可用来分析热扭曲、导线共面程度、激光打标和接触粗糙度等；在厚膜测量应用中，该系统能精确测量生产参数，如印刷电阻层、导体路径和激光修整结构等。LaserScan光学表面光度仪是一个共焦的点传感器，它使用点光源和探测器针 孔来识别深度。来自点光源的激光束通过物镜聚焦在样品上，该物镜能快速上下移动。当样品位于物镜的焦平面内时，光强度最大。但是，当物镜离开样品更近或更远时，到达针 孔的反射光就不再是聚焦的光，这样的是不能通过探测器针 孔的。只有当最大的光通过该针 孔时，才会有探测信号出现。对被照明点高度的精确测量则是通过连续沿z轴扫描来实现的。