NT干涉显微镜的应用研究.docx

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NT干涉显微镜的应用研究

NT9100干涉显微镜的应用研究

摘要表面的三维测量和评定是影响表面加工生产的重要因素，本课题就是在此背景下开展工作，旨在解决光伏电池多晶硅表面微观轮廓参数、手机背光板V-CUT器件微棱角参数测试等的技术难点。

我们采用白光干涉原理，基于VeecoNT9100白光干涉显微镜作为硬件平台进行测量与分析，研究三维表面的评定方法。

本文重点介绍了NT9100白光干涉显微镜的测量原理，并结合图像处理与数据分析，讨论了一种测量大斜率V-CUT加工面的检测方法，最终完成手机背光板V-CUT器件各项参数的测量。

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关键词白光干涉显微镜V-CUT检测微观轮廓

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleTheapplicationofNT9100interferencemicroscope

Abstract

Thesurface3dmeasurementandevaluationistheimportantfactorofsurfaceprocessingproduction,andthetopicisinthisbackgroundtodothework,aimingtosolvethetechnicaldifficultiesofthemicrosurfaceprofileparametersofPolycrystallinesiliconandthemicroangularparametersoftheV-CUTofmobilephonebackpanels.WeadoptthewhitelightinterferenceprincipleanduseNT9100whitelightinterferencemicroscopeashardwareplatformformeasurementandanalysis.Combinedwiththeimageprocessinganddataanalysis,thispaperintroducestheNT9100whitelightinterferencemicroscopemeasuringprincipleanddiscussedamethodofmeasuringlargeslopeV-CUTdevice.FinallygettheparametersoftheV-CUTdeviceofphonebackpanels.

KeywordsWhitelightinterferencemicroscope,V-CUTdetection,Microprofile

目次

1引言1

1.1概述1

1.2表面微观形貌的测量方法1

1.2.1接触式测量法2

1.2.2非接触式测量法3

1.2表面微观形貌的测量方法

表面三维形貌的测量方案可分为两种：

接触式测量法和非接触式测量法。

如下图所示，对各种测量方法简单总汇[1-2]：

图1.1表面微观轮廓检测方法汇总

1.2.1接触式测量法

接触式测量方法一般为触针式测量法，基于杠杆原理，按传感系统的不同分为电感式、电容式、压电式、干涉式和光栅式等，其中以电感式最为普遍[3]。

图1.2接触式表面形貌测量仪器原理图

图1.3激光干涉式位移传感器

激光干涉式位移传感器基于迈克尔逊干涉测长原理，激光经分光镜分为两路，参考光束b与测量光束a原路反射，在分光点产生干涉，其条纹经放大镜放大后被光电阵列接收。

触针移动引起光程差改变，通过光电阵列求出光程差改变量，从而获得垂直位移数据[4]。

图1.4柱面光栅衍射干涉式传感器

在柱面光栅衍射干涉式传感器中，激光垂直入射在全息衍射光栅上，衍射后的两束光分别经反射镜反射在分光镜交汇并发生干涉。

触针随被测表面的轮廓上下运动，从而带动圆心在转动支点的柱面全息衍射光栅转动，引起干涉条纹的移动，通过计数转换得到触针的垂直位移。

触针式粗糙度测量仪的最高垂直分辨率可达亚纳米级，量程大，精度较高，通过更换不同测头和杠杆比的测杆，可分别实现表面粗糙度和表面轮廓的测量。

但由于探针绕支点旋转轨迹为圆弧，不可避免会产生误差，同时触针易划伤被测件表面，无法用于高质量和软质表面的测量。

1.2.2非接触式测量法

非接触式测量法可分为两大类：

非光学式扫描显微镜测量法和光学测量法。

非光学式扫描显微镜主要有两种类型：

一种是扫描电子显微镜，另一种是扫描探针显微镜。

图1.5临界角法测量表面微观轮廓原理图

临界角法测量系统中，不同离焦情况导致光束通过透镜后发散角不同，对应在棱镜转折光路中反射率不同，探测器中收集到的光强出现强弱变化。

以此原理获得被测面三位形貌。

这种方法在10μm测量范围内有较好的精度，可达到15nm以上。

基于临界角法原理，日本的T.Kohno等人研制出了高精度表面探测器HIPOSS，其垂直分辨率小于1nm，水平分辨率为0.55μm，测量范围为3μm[8]。

基于不同原理的离焦检测法精度和测量范围不同，但由于它们都属于光学探针法，只能对被侧面进行逐点扫描，效率不高，且对被测件表面要求较高。

1.2.2.2共焦显微法

共焦显微技术包括：

共聚焦荧光扫描显微镜、共聚焦扫描光纤显微镜、共聚焦彩色激光显微镜、共聚焦光栅光学显微镜等。

共焦显微原理是点光源经透镜聚焦后照射在样品表面，反射光再次聚焦后通过小孔进入探测器，离焦光线被小孔屏蔽，光探测器只接收焦面的反射或散射光束。

根据信号强弱判断出精确聚焦位置，通过垂直扫描可对表面的不同高度测量，获得三维面型。

图1.6共焦扫描显微镜原理图

共焦显微镜的横向分辨率是物镜相同的普通显微镜的1.4倍，并且具有很强的纵向深度的分辨能力[9]。

但共焦显微镜测量被测面时，只能采用点扫描方式，速度较慢，并且对表面面型要求较高。

1.2.2.3激光相移干涉法

1974年Bruning针对Twyman-Green首次提出了提出了相移干涉法[4]。

相移干涉法的基本原理是：

利用压电驱动器改变参考光路的相位，在两束相干光束间引入相位差，引起干涉图像的变化，通过多幅图像通过改变两束干涉光的相对相位，获得干涉场中各点的光强变化，计算得到初始相位差，从而重构表面的轮廓信息。

相移干涉法的精度可达λ/1000，采集和计算速度都很快，在表面形貌的测量中广泛应用。

1.2.2.6微分（剪切）干涉法

微分干涉法是一种横向对比的自相干技术，它将同一被测面发出的具有一定相位分布的光束沿横向分开一段微小的距离，或使其中一束光束沿径向缩小，从而构建出两束相干光，它们的干涉结果可以反映相邻位置的表面高度变化[12]。

这种方法又可叫做错位干涉法，包含横向错位、径向错位、旋转错位和翻转错位四种方式。

微分干涉法的特点是没有所谓的标准参考反射镜，测量精度不会受参考面精度的限制。

图1.10Nomarski干涉显微镜原理图图1.11一种径向错位干涉原理图

微分干涉法可以获得很高的纵向分辨能力，如图所示的Nomarski干涉显微镜原理图，其垂直分辨率优于1nm，水平分辨率可达0.4μm，表面轮廓高度重复测量精度为0.2nm。

单纯的横向微分干涉无法确定相位差大小，参考点需要采用其他手段获取。

径向微分干涉不需要这一外加条件，因为采用这种方法可在光束中心获取一个零相位差的参考点[1]。

但无论微分方式如何，采用这种系统都只能在波长量级范围内进行工作，只适用于变化较缓慢的表面，无法实现对阶跃表面的测量NT9100干涉显微镜的应用研究（4）: