Lecture1-2精密显微技术2_34304144浅析.ppt

2. 精密显微技术 2．1 光学干涉的测量的基本原理和构成 2．2 光学外差干涉显微技术 2．3 纳米轮廓测量技术 2．4 其他检测技术 精密显微技术 纳米轮廓测量技术 触针法 机械触针(电感\电容\光学) 电子触针(STM/AFM) 光学触针(象散法\临界角法\双焦距法) 干涉图象处理法 静态(三角法(光切), 静态干涉,扫描电镜) 动态 比较法 电容法 光学散射光强 光纤光强 珐琅和费法 表面粗糙度与表面微观形貌 表面粗糙度与表面微观形貌都是表征表面特性的物理量，同属于几何量测量。 表面粗糙度是表征表面微观特性的综合性指标，它强调的是表面由于微观结构的不同所体现出来的对外特性的变化；表面粗糙度测量获得的是表面二维测量信息 。 表面微观形貌是关于表面内部微观结构的表征物理量。表面微观形貌需要获得的是表面三维信息 。 表面微观形貌测量分析发展概况 1970 年，D. J. Grieve 等基于Talysurf 仪设计了一个系统，它可以以间距7.5μm 和15μm记录接近平行的轮廓。所记录的轮廓通过模数转换输入计算机，产生一些参数和等高图。 80 年代初单板机的出现，使得三维表面形貌测量分析重新复苏 。开始时大多都是在二维轮廓仪测量原理的基础上，加一纵向移动导轨，再配计算机而构成 。 80 年代G. Binnig和H. Rohrer发明的STM和AFM，以及在此基础上发展的各种SPM技术 。 近几年非接触式光学干涉仪、光斑法、光散射和X射线干涉等技术的发展，使得三维微观形貌测量仪更加商品化和实用化 。 表面微观形貌的表征方法 图形表征方法 等高图 具有相同高度的点用直线或曲线连接，并用线性插值求找其余的交叉点。 投影图 数据点的有效表示是基于等轴的或正视的投影。每点用直线或曲线与它的邻近点内接，去掉一些隐藏线以简化视觉。 参数表征方法 幅度参数 空间参数 综合参数 功能参数 机械探针式测量方法 概述 机械探针测量方法是开发较早、研究最充分的一种表面轮廓测量方法。 测量原理 它利用机械探针接触被测表面，当探针沿被测表面移动时，被测表面的微观凹凸不平使探针上下移动，其移动量由与探针组合在一起的位移传感器测量，所测数据经适当的处理就得到了被测表面的轮廓。 机械探针测量原理示意图 分辨率、测量范围及其局限性 分辨率 纵向：0.1nm 横向：0.05μm-0.25μm 测量范围 较大 局限性 不宜用于测量铜、铝等软金属表面或涂有光刻胶等薄膜的表面 光学干涉的测量的基本原理和构成 激光干涉测长技术(单频) 光学外差干涉显微技术 外差技术----通过载波调制,直接测相的一种技术 调制方式: 双波长(气体吸收,半导体外腔等) 双频(塞曼分裂,石英晶体频率分裂) 声光调制 波长调制 参考面振动 测量面振动 微分干涉仪 原理 微分干涉仪 微分干涉相称显微镜又称Nomarski显微镜，由法国人Nomarski在1955年提出的。 其基本原理如图所示，偏振光通过Wollaston棱镜，分成两束在物体表面反射，再通过棱镜变成椭圆偏振光，其中包含了物体的形貌信息。对椭圆偏振光进行分析就能得到物体的形貌信息。 Nomarski显微镜 微分干涉仪 对光电元件接收到的信号放大后，进行加减相除运算 其中光点的直径和两光点之间的间隔由所用的聚焦物镜决定 特点： 共光路干涉仪，机械振动影响小 共模抑制信号处理 精度主要取决标定时的参考高度基准，还有被测表面反射率变化引起的光学相位变化 高度分辨力由系统电噪声和数字系统的量化精度决定 空间分辨力由物镜的焦距和采样间隔决定 可以测量反射率较低的表面 相移技术 原理 参考面振动/测量面振动外差干涉技术 TOPO系统光路原理图 干涉光束的相位差包含两项，一项是反映工件表面的微观不平度的初始相位，另一项是移项器附加的相位。 由于采用的是直接测量相位以获得表面的微观形貌，因此可直接得到轮廓曲线。 光电探测器感知的光强为： 通过对多组步长的数据进行分析可得 可见该方法对背景光强的不均匀不敏感，而且不受干涉光强调制信号的影响，条纹对比度很低也能有较好的效果 双频外差干涉技术 双频外差干涉技术 声光调制外差干涉技术 半导体激光波长调制外差干涉技术 象散法显微测量技术 基于临界角法的测试技术 （四）扫描电子显微镜测量方法 测量原理 利用聚焦电子束作为电子探针，探针扫描被测表面时，二次电子从被测表面激发出来，二次电子的强度与被测表面形貌有关，因此利用探测器测出二次电子的强度，便可处理出被测表面的几何形貌。 分辨率 纵向：10nm 横向：2nm 基于光散射光强检测法测试技术 基于珐琅和费法的测试技术 三角法光学测试技术 其他