Оптическая 3D профилометрия

Оптические 3D профилометры (метрология поверхности)

Оптические профилометры являются интерференционными и/или конфокальными микроскопами и используются для измерения изменений высоты поверхности с большой точностью. 3D оптические профилометры – наиболее известные приборы, позволяющие получать точные измерения шероховатости поверхности.

Общее описание технологии

Профилометрия применяет волновые свойства света для сравнения оптической разности пути между тестовой и эталонной поверхностью. Свет проходит через делительную призму, часть пучка попадает на образец, шероховатость которого измеряется, а другая – на опорное зеркало. Когда расстояние от делительной призмы до зеркала такое же, как от испытательной поверхности, и лучи, отраженные от этих поверхностей, встречаются и интерферируют, возникают конструктивные и разрушительные помехи – светлые и темные полосы, известные как интерференционные полосы.

Если длина волны известна, можно рассчитать разницу высот по поверхности в долях волны. Из этих различий в высоте получается измерение поверхности – своеобразная трехмерная карта поверхности.

Особенности методики:

• Метрология поверхности ориентирована на чистоту поверхности линз и зеркал, шероховатость, коэффициент кривизны и иногда текстуру поверхности.
• Оптический профилометр измеряет шероховатость поверхности с точностью до нанометров и микродюймов – намного ниже уровня обнаружения человеческим глазом или тактильного ощущения.
• Возможности анализа данных верхней поверхности и толщины пленки обеспечивают точное измерение различных поверхностей в многослойных процессах, а также анализ топографии поверхности подложки.

Методы и технологии

Конфокальная профилометрия (Confocal) 

Конфокальные профилометры служат для анализа рельефа разных поверхностей. Конфокальная бесконтактная профилометрия поверхности превосходит по уровню разрешения все виды оптических приборов. Пространственная выборка в данном случае может снижаться до 0,10 мкм, поэтому можно проводить анализ очень небольших предметов. Специально для работы с поверхностью объектов с уклоном свыше семидесяти градусов существуют профилометры, оснащенные объективами с высокой числовой апертурой и увеличением.

Современные конфокальные микроскопы совмещают преимущества конфокальной микроскопии, интерферометрии и изменения фокуса (Ai Focus Variation), они не оснащаются подвижными элементами, что существенно повышает их надежность.

Интерферометрия

Фазосдвигающие (PSI) интерферометры повсеместно применяются для анализа рельефа поверхностей без резких перепадов по высоте с разрешением до 1 нм. Метод предполагает использование монохроматического света. Если профиль измеряемой поверхности не имеет резких перепадов по высоте, диапазон достоверных измерений высоты рельефа поверхности, контролируемых интерференционными фазосдвигающими методами, ограничен длиной когерентности источника света.

У VSI интерферометров белого света погрешность и разрешающая способность измерений существенно ниже, нежели у фазосдвигающих интерферометров. Методика основана на фиксации интерференционных картин в белом свете в процессе движения образца по вертикали.

Когерентная сканирующая интерферометрия (CSI) использует когерентность для расширения спектра возможностей интерференционной микроскопии. В своей простейшей форме CSI обеспечивает менее точные измерения, чем PSI, но может использоваться на неровных поверхностях.

Active Illumination Focus Variation

Изменение фокуса – Active Illumination Focus Variation (Ai Focus Variation) – технология, предназначенная для измерения формы больших шероховатых образцов с крутыми уклонами (до 86º). Отличается большой скоростью сканирования (3 мм/с) и обширным спектром измерений по оси Z.

Опционально DIC (ДИК)

DIC исследования с помощью призмы Номарского (дифференциальный интерференционный контраст) позволяет анализировать рельеф поверхностей объектов с очень малыми перепадами по высоте. Такая методика помогает определять структуры субнанометровых размеров, недоступные для иных техник.

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ И ПРИМЕНЕНИЕ

Компания МИНАТЕХ представляет на рынке испанского лидера рынка SENSOFAR и американские бюджетный 3D профилометры от Filmetrics - KLA Corporation.