WikiDer > Сканер белого света

White light scanner
Рисунок 1. Полулунные клетки Непентес хасиана визуализируется с помощью сканирующей интерферометрии белого света (SWLI).

А сканер белого света (WLS) - устройство для измерения высоты поверхности объекта с помощью когерентная сканирующая интерферометрия (CSI) со спектрально-широкополосной подсветкой «белым светом». Различные конфигурации сканирующего интерферометра могут использоваться для измерения макроскопических объектов с измерением профиля поверхности в сантиметровом диапазоне, для микроскопических объектов с измерением профиля поверхности в диапазоне микрометр ассортимент. Для крупномасштабных неинтерферометрических измерительных систем см. структурированный 3D-сканер.

Описание

Рис. 2. Файл: Интерферометр Тваймана-Грина, настроенный как сканер белого света.

Интерферометрия с вертикальным сканированием является примером интерферометрии с низкой когерентностью, в которой используется согласованность белого света. Помехи будут достигнуты только тогда, когда задержки длины пути интерферометра будут согласованы в пределах времени когерентности источника света. VSI контролирует контраст бахромы, а не форму краев.

Рис. 2 иллюстрирует Интерферометр Тваймена – Грина установка 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 наибольшая).

На рис.3 показан интерферометрический микроскоп белого света с использованием Интерферометр Мирау в объективе. Другие формы интерферометра, используемые с белым светом, включают интерферометр Майкельсона (для объективов с малым увеличением, где эталонное 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 полос определяется для каждого пикселя.[2][3]

Основное преимущество низкокогерентной интерферометрии заключается в том, что можно проектировать системы, не страдающие от неоднозначности 2 пи когерентной интерферометрии.[4][5][6] и, как видно на рис. 1, который сканирует объем 180 мкм × 140 мкм × 10 мкм, он хорошо подходит для этапов профилирования и шероховатых поверхностей. Осевое разрешение системы определяется длиной когерентности источника света и обычно находится в диапазоне микрометров.[7][8][9] Промышленные приложения включают в себя метрология поверхности, измерение шероховатости, трехмерная метрология поверхности в труднодоступных местах и ​​в агрессивных средах, профилометрия поверхностей с высокими характеристиками соотношения сторон (канавки, каналы, отверстия) и измерение толщины пленки (полупроводниковая и оптическая промышленность и т. д.) .[10]

Технический

Рис. 3. Интерферометрический микроскоп белого света.

Системы интерферометрического сканирования в белом свете (WLS) собирают данные об интенсивности в ряде позиций вдоль вертикальная ось, определение местоположения поверхности с помощью формы интерферограммы белого света, локализованной фазы интерферограммы или комбинации формы и фазы. Интерферограмма белого света на самом деле состоит из наложения полос, генерируемых несколькими длинами волн, с получением пикового контраста полос как функции положения сканирования, то есть красной части спектра. объектный луч мешает красной части опорный луч, синий мешает синему и так далее. В системе WLS интерферометр изображения сканируется по вертикали для изменения разность оптических путей. Во время этого процесса на каждом пикселе прибора формируется серия интерференционных картин. поле зрения. Это приводит к возникновению интерференционной функции, при этом интерференция зависит от разности оптических путей. Данные хранятся в цифровом виде и обрабатываются различными способами в зависимости от производителя системы, в том числе Преобразованный Фурье в частотное пространство с учетом методов взаимной корреляции или анализа 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 построена в зависимости от волнового числа, наклон функции соответствует относительному изменению разности оптических путей групповой скорости Dг автор: Dчас = Dг/ 2nг где nг групповая скорость показатель преломления. Если этот расчет выполняется для каждого пикселя, из 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 фиксируются 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 демонстрируют достаточного отношения сигнал / шум. Данные интенсивности как функция разности оптических путей обрабатываются и преобразуются в информацию о высоте образца.

использованная литература

  1. ^ Schmit, J .; Creath, K .; Вайант, Дж. К. (2007). «Профилировщики поверхности, интерферометрия с множеством длин волн и белым светом». Тестирование оптического магазина. п. 667. Дои:10.1002 / 9780470135976.ch15. ISBN 9780470135976.
  2. ^ Harasaki, A .; Schmit, J .; Вайант, Дж. К. (2000). «Улучшенная интерферометрия вертикального сканирования» (PDF). Прикладная оптика. 39 (13): 2107–2115. Bibcode:2000ApOpt..39.2107H. Дои:10.1364 / AO.39.002107. HDL:10150/289148. PMID 18345114. Получено 21 мая 2012.
  3. ^ «HDVSI - Представляем вертикальную сканирующую интерферометрию высокой четкости для нанотехнологических исследований от Veeco Instruments». Veeco. Получено 21 мая 2012.
  4. ^ Plucinski, J .; Hypszer, R .; Wierzba, P .; Страковски, М .; Jedrzejewska-Szczerska, M .; Maciejewski, M .; Космовски, Б. Б. (2008). «Оптическая низкокогерентная интерферометрия для избранных технических приложений» (PDF). Вестник Польской академии наук. 56 (2): 155–172. Получено 8 апреля 2012.
  5. ^ Yang, C.-H .; Воск, А; Dasari, R.R .; Фельд, М. (2002). «2π-оптическое измерение расстояния без неоднозначности с субнанометрической точностью с помощью нового низкокогерентного интерферометра с переходом фазы» (PDF). Письма об оптике. 27 (2): 77–79. Bibcode:2002OptL ... 27 ... 77Y. Дои:10.1364 / OL.27.000077. PMID 18007717.
  6. ^ Hitzenberger, C.K .; Наклейка М .; Leitgeb, R .; Ферчер, А. Ф. (2001). «Измерения дифференциальной фазы в низкокогерентной интерферометрии без неоднозначности 2pi». Письма об оптике. 26 (23): 1864–1866. Bibcode:2001OptL ... 26.1864H. Дои:10.1364 / ol.26.001864. PMID 18059719.
  7. ^ Войтек Дж. Валецки, Кевин Лай, Виталий Сушков, Фук Ван, Ш. Лау, Энн Коо Physica Status Solidi C Том 2, выпуск 3, страницы 984 - 989
  8. ^ W. J. Walecki et al. «Бесконтактная метрология быстрых пластин для ультратонких пластин с рисунком, установленных на шлифовальных и нарезанных лентами» Симпозиум по технологиям производства электроники, 2004 г. 29-й Международный выпуск IEEE / CPMT / SEMI, выпуск, 14–16 июля 2004 г. Стр .: 323 - 325
  9. ^ "Сервисы". www.zebraoptical.com.
  10. ^ «Метрологические приложения: измерение шероховатости поверхности, толщины, потери объема». www.novacam.com.

внешние ссылки