Белый свет сканер ( ВНК ) представляет собой устройство для выполнения измерений высоты поверхности объекта с помощью сканирующей интерферометрии когерентности ( CSI ) с спектрально-широкополосным, «белым светом» освещением. Различные конфигурации сканирующего интерферометра могут использоваться для измерения макроскопических объектов с измерением профиля поверхности в сантиметровом диапазоне, до микроскопических объектов с измерением профиля поверхности в микрометровом диапазоне. Для крупномасштабных неинтерферометрических измерительных систем см. 3D-сканер структурированного света .
Описание
Интерферометрия с вертикальным сканированием является примером интерферометрии с низкой когерентностью, в которой используется низкая когерентность белого света. Помехи будут достигнуты только тогда, когда задержки длины пути интерферометра будут согласованы в пределах времени когерентности источника света. VSI контролирует контраст полос, а не форму полос.
На рис. 2 показан интерферометр Тваймена – Грина для сканирования макроскопического объекта в белом свете. Свет от испытуемого образца смешивается со светом, отраженным от эталонного зеркала, с образованием интерференционной картины. Полосы появляются на ПЗС-изображении только там, где длина оптического пути отличается менее чем на половину длины когерентности источника света, которая обычно составляет порядка микрометров. Сигнал интерференции (коррелограмма) записывается и анализируется при сканировании образца или эталонного зеркала. Положение фокуса любой конкретной точки на поверхности образца соответствует точке максимального контраста полос (то есть, где модуляция коррелограммы является наибольшей).
На рис. 3 показан интерферометрический микроскоп в белом свете с использованием интерферометра Мирау в объективе. Другие формы интерферометра, используемые с белым светом, включают интерферометр Майкельсона (для объективов с малым увеличением, когда опорное зеркало в объективе Мирау будет перекрывать слишком большую часть апертуры) и интерферометр Линника (для объективов с большим увеличением и ограниченным рабочим расстоянием). [1] Объектив (или, альтернативно, образец) перемещается вертикально по всему диапазону высоты образца, и положение максимального контраста полосы определяется для каждого пикселя. [2] [3]
Основное преимущество низкокогерентной интерферометрии состоит в том, что можно проектировать системы, которые не страдают от неоднозначности 2 пи когерентной интерферометрии [4] [5] [6] и, как показано на рис. 1, который сканирует 180 мкм × Объем 140 мкм × 10 мкм, он хорошо подходит для профилирования и шероховатых поверхностей. Осевое разрешение системы определяется длиной когерентности источника света и обычно находится в диапазоне микрометров. [7] [8] [9] Промышленные применения включают в себя метрологию поверхности в процессе производства , измерение шероховатости, трехмерную метрологию поверхности в труднодоступных местах и в агрессивных средах, профилометрию поверхностей с элементами высокого соотношения сторон (канавки, каналы, отверстия ) и измерение толщины пленки (полупроводниковая и оптическая промышленность и т. д.). [10]
Технический
Системы интерферометрического сканирования в белом свете (WLS) собирают данные об интенсивности в ряде положений вдоль вертикальной оси , определяя, где расположена поверхность, используя форму интерферограммы белого света, локализованную фазу интерферограммы или комбинацию как форма, так и фаза. Интерферограмма белого света фактически состоит из суперпозиции полос, генерируемых несколькими длинами волн, с получением пикового контраста полос в зависимости от положения сканирования, то есть красная часть объектного луча интерферирует с красной частью опорного луча , синяя мешает с синим и так далее. В системе WLS интерферометр формирования изображений сканируется по вертикали для изменения разности оптических путей . Во время этого процесса на каждом пикселе в поле зрения прибора формируется серия интерференционных картин . Это приводит к возникновению интерференционной функции, причем интерференция изменяется в зависимости от разности оптических путей. Данные хранятся в цифровом виде и обрабатываются различными способами в зависимости от производителя системы, включая преобразование Фурье в частотное пространство, применение методов взаимной корреляции или анализ в пространственной области.
Если используется преобразование Фурье, исходные данные интенсивности выражаются в терминах фазы интерференции как функции волнового числа. Волновое число k представляет собой представление длины волны в области пространственных частот, определяемой как k = 2π / λ. Если фаза представлена в зависимости от волнового числа, наклон функции соответствует относительному изменению разности оптических путей D G групповой скорости на D h = D G / 2n G, где n G - показатель преломления групповой скорости . Если этот расчет выполняется для каждого пикселя, на основе данных появляется трехмерная карта высот поверхности.
В реальном процессе измерения разность оптических путей постоянно увеличивается за счет вертикального сканирования объектива с помощью прецизионного механического столика или пьезоэлектрического позиционера. Данные о помехах собираются на каждом этапе сканирования. Фактически, интерферограмма захватывается как функция вертикального положения для каждого пикселя в матрице детекторов. Чтобы отсеять большой объем данных, полученных в результате длительного сканирования, можно использовать множество различных методов. Большинство методов позволяют прибору отклонять необработанные данные, которые не имеют достаточного отношения сигнал-шум. Данные интенсивности как функция разности оптических путей обрабатываются и преобразуются в информацию о высоте образца.
Рекомендации
- ^ Schmit, J .; Creath, K .; Wyant, JC (2007). «Профилировщики поверхности, интерферометрия с множеством длин волн и белым светом». Тестирование в оптическом цехе . п. 667. DOI : 10.1002 / 9780470135976.ch15 . ISBN 9780470135976.
- ^ Harasaki, A .; Schmit, J .; Wyant, JC (2000). «Улучшенная интерферометрия вертикального сканирования» (PDF) . Прикладная оптика . 39 (13): 2107–2115. Bibcode : 2000ApOpt..39.2107H . DOI : 10,1364 / AO.39.002107 . ЛВП : 10150/289148 . PMID 18345114 . Проверено 21 мая 2012 года .
- ^ «HDVSI - Представление вертикальной сканирующей интерферометрии высокого разрешения для нанотехнологических исследований от Veeco Instruments» . Veeco . Проверено 21 мая 2012 года .
- ^ Plucinski, J .; Hypszer, R .; Wierzba, P .; Страковски, М .; Енжеевска-Щерска, М .; Maciejewski, M .; Космовски, ББ (2008). «Оптическая низкокогерентная интерферометрия для избранных технических приложений» (PDF) . Вестник Польской академии наук . 56 (2): 155–172 . Проверено 8 апреля 2012 года .
- ^ Yang, C.-H .; Воск, А; Дасари, Р.Р .; Фельд, MS (2002). "2π-неоднозначное оптическое измерение расстояния с субнанометрической точностью с помощью нового низкокогерентного интерферометра с переходом фазы" (PDF) . Письма об оптике . 27 (2): 77–79. Bibcode : 2002OptL ... 27 ... 77Y . DOI : 10.1364 / OL.27.000077 . PMID 18007717 .
- ^ Hitzenberger, CK; Наклейка М .; Leitgeb, R .; Ферчер, AF (2001). «Дифференциальные фазовые измерения в низкокогерентной интерферометрии без неоднозначности 2pi». Письма об оптике . 26 (23): 1864–1866. Bibcode : 2001OptL ... 26.1864H . DOI : 10.1364 / ol.26.001864 . PMID 18059719 .
- ^ Войтек Дж. Валецки, Кевин Лай, Виталий Сушков, Фук Ван, Ш. Лау, Энн Ку Physica Status Solidi C Том 2, выпуск 3, страницы 984-989
- ^ WJ Walecki et al. «Бесконтактная метрология быстрых пластин для ультратонких пластин с рисунком, установленных на шлифовальных и нарезных лентах» Симпозиум по технологиям производства электроники, 2004 г. 29-й международный выпуск IEEE / CPMT / SEMI, выпуск, 14–16 июля 2004 г. Стр .: 323 - 325
- ^ «Услуги» . www.zebraoptical.com .
- ^ «Метрологические приложения: измерение шероховатости поверхности, толщины, потери объема» . www.novacam.com .
Внешние ссылки
- В. Бауэр, "Особые свойства когерентных сканирующих интерферометров для больших объемов измерений", Journal of Physics: Conference Series Volume 311 Number 1, 012030: doi : 10.1088 / 1742-6596 / 311/1/012030
- Джеймс С. Вайант
- WJ Walecki, F. Szondy и MM Hilali «Быстрая поточная метрология топографии поверхности, позволяющая производить расчет напряжений для производства солнечных элементов с производительностью более 2000 пластин в час», 2008 г. Sci. Technol. 19 025302 (6PP) DOI : 10,1088 / 0957-0233 / 19/2/025302