特點(diǎn)

測(cè)量表面形貌的新標(biāo)準(zhǔn)

隨著材料不斷趨向平坦化、薄膜化及結(jié)構(gòu)的微細(xì)化，人們開始要求比傳統(tǒng)的普通SPM（掃描探針顯微鏡）、觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x及激光顯微鏡等產(chǎn)品更高的測(cè)量精度。相比較利用光干涉原理的白光干涉掃描顯微鏡，納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800，使用更方便，測(cè)量精度跟高，測(cè)量范圍更大。此外，傳統(tǒng)的采用線粗的測(cè)量方式仍存在“測(cè)量位置導(dǎo)致的結(jié)果偏差”和“掃描方向?qū)е碌慕Y(jié)果偏差”等重大課題。VS1800的解決對(duì)策是通過參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO25178規(guī)定的表面形貌評(píng)估方法來計(jì)算參數(shù)，建立測(cè)量表面形貌的新標(biāo)準(zhǔn)，從而受到了各界的關(guān)注。

■與普通測(cè)量?jī)x器比較

原子力顯微鏡的納米尺度3D探針測(cè)量系統(tǒng)AFM5500M同樣可實(shí)現(xiàn)高度的分辨率為0.1nm以下，與此相比，納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800的一大特點(diǎn)在于面內(nèi)方向的測(cè)量范圍更大。發(fā)揮兩種測(cè)量系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)需求選擇的測(cè)量系統(tǒng)有利于生產(chǎn)率的提高。

優(yōu)點(diǎn)

1. 高分辨率、大范圍
   采用的算法，實(shí)現(xiàn)垂直方向分辨率0.01 nm（Phase模式下）。由于無需依賴于物鏡的倍率即可實(shí)現(xiàn)較高的垂直方向分辨率，即使是大范圍（測(cè)量視野6.4 mm × 6.4 mm）的情況下，也能測(cè)量納米尺度的粗糙度、高差。

   

   Wafer研磨表面形貌（表面粗糙度Sa 0.58 nm）

2. 測(cè)量數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性高
   高度測(cè)量使用干涉條紋，將Z驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的影響控制在最小程度，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量重現(xiàn)性誤差低于0.1%（Phase模式下）。

   

3. 高速測(cè)量
   通過以平面捕捉樣品，不對(duì)X、Y方向進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量，并且由于采用非接觸方式，測(cè)量時(shí)能夠保證不會(huì)給樣品帶來損傷。
4. 無損傷測(cè)量
   對(duì)于以往切割樣品后形成截面來對(duì)多層膜層結(jié)構(gòu)及層內(nèi)部進(jìn)行的異物測(cè)量，VS1800能夠以無損傷方式進(jìn)行。對(duì)于透明層結(jié)構(gòu)樣品，利用透鏡的高度坐標(biāo)以及各界面產(chǎn)生的反射光，通過各光學(xué)界面出現(xiàn)的干涉條紋輸出虛擬截面圖像。
5. 測(cè)量簡(jiǎn)單
   搭載有可直觀性使用的操作畫面，可以當(dāng)場(chǎng)確認(rèn)處理后的圖像?？梢院?jiǎn)單地將處理及分析內(nèi)容列表、生成原始分析庫、重復(fù)使用分析庫等。還支持?jǐn)?shù)據(jù)的批量處理，統(tǒng)一管理多個(gè)樣品及分析結(jié)果，減輕繁雜的后處理程序。
   此外，導(dǎo)入表面形貌評(píng)估方法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO25178的項(xiàng)目，自動(dòng)按每個(gè)樣品選擇合適的參數(shù)。VS1800搭載有可對(duì)參數(shù)選擇提供建議的工具，有助于提高管理的精度。
6. 配置靈活
   手動(dòng)XY樣品臺(tái)為基本型號(hào)Type 1，并提樣品臺(tái)電動(dòng)化逐級(jí)提升的Type 2以及Type 3。各型號(hào)的升級(jí)可通過需求來進(jìn)行，根據(jù)用途輕松引進(jìn)系統(tǒng)

規(guī)格

技術(shù)指標(biāo)

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功能介紹視頻

應(yīng)用實(shí)例①　材料加工領(lǐng)域的觀察例

材料加工領(lǐng)域的各種觀察例

在材料，加工行業(yè)廣泛經(jīng)營(yíng)的紙質(zhì)產(chǎn)品及樹脂產(chǎn)品，為滿足所要求的功能，均作了各種各樣的研究。因此，表面形貌及表面粗糙度的測(cè)量在質(zhì)量管理方面起著關(guān)鍵作用。此外，當(dāng)多層膜等產(chǎn)品出現(xiàn)不良時(shí)，需要查明表面、界面或?qū)觾?nèi)哪個(gè)部位出現(xiàn)問題，并且很多情況下根據(jù)不同樣品，還要求進(jìn)行無損傷測(cè)量。
下面介紹材料加工行業(yè)中使用納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行各種測(cè)量的實(shí)例。

光學(xué)薄膜

包裝膜

包裝膜通過層壓具有阻隔性等功能的材料層，防止內(nèi)裝物劣化。因此，比如了解該材料層的膜厚是否可以表現(xiàn)其功能等，對(duì)材料各層的膜厚管理非常重要。VS1800不僅可以評(píng)估表面粗糙度，還能以無損傷方式顯現(xiàn)層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，評(píng)估各層的厚度及厚度不均勻程度，因此有助于包裝膜的質(zhì)量管理。

高分子材料

無論表面是什么材質(zhì)，VS1800都能以較高的分辨率測(cè)量高度，對(duì)于如高分子材料之類透明薄膜的高差等也能進(jìn)行高精度測(cè)量。 此外，關(guān)于VS1800的界面分析，對(duì)于透明材料多層層壓時(shí)發(fā)生的氣泡不良等現(xiàn)象，能以無損傷方式進(jìn)行評(píng)估，因此無需制作截面，即可確認(rèn)哪個(gè)層發(fā)生了異常。

纖維材質(zhì)表面

VS1800具有發(fā)揮高速、高分辨率功能的“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模式”，以及可測(cè)量光反射微弱的斜面之“大傾斜角測(cè)量模式”，除了像光面紙之類的平滑表面，還能對(duì)名片表面等粗糙的纖維材質(zhì)表面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍廣泛。

應(yīng)用實(shí)例②　多層膜的氣泡、 異物混入觀察例

多層膜的異物/混入觀察例

多層膜的表面或背面、甚至內(nèi)部都很可能會(huì)發(fā)生各種不良現(xiàn)象。要弄清不良原因，為了保持發(fā)生異常時(shí)的狀態(tài)，必須實(shí)施無損傷測(cè)量。 納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800采用無損傷非接觸測(cè)量方式，實(shí)現(xiàn)了高度分辨率優(yōu)異的表面形貌及膜厚測(cè)量，下面介紹使用測(cè)量系統(tǒng)VS1800測(cè)量薄膜異常部位的相關(guān)實(shí)例。

通過界面分析評(píng)估氣泡

使用納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行測(cè)量，能夠發(fā)現(xiàn)異常部位的線形凹陷（a），并測(cè)量出其寬度及深度（b）。

此外，VS1800能以無損傷方式進(jìn)行界面分析。
觀察界面分析結(jié)果（c），可確認(rèn)到與樣品結(jié)構(gòu)（e）一樣在深度方向有4條水平線。尤其可以看到中間薄層②的厚度分布出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。亮點(diǎn)（d）為層②的不均勻部分，此處的干涉強(qiáng)度變化顯著，可推斷是氣泡。

通過界面分析評(píng)估異物混入

使用納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行測(cè)量，能夠確認(rèn)到異物混入部位呈山形隆起，并測(cè)量出其寬度及高度。(b)(c)

從界面無損傷分析的結(jié)果（c）可以看出，層②的厚度分布存在不均勻現(xiàn)象，主要在表面的凸起異常部位出現(xiàn)大幅度隆起。
而且在有隆起部位的層②及層③的界面上，可以確認(rèn)到干涉間斷的區(qū)域。從該干涉間斷可以推斷混入的異物阻擋了光線。

應(yīng)用實(shí)例③　電鍍觀察例

電鍍觀察例

隨著各種電子零配件實(shí)現(xiàn)微細(xì)化，電鍍?cè)絹碓节呄虮∧せ?。在電鍍的質(zhì)量管理方面，要求采用更精確、更精密的分析方法。 掃描探針顯微鏡具有Z軸分辨率較高的特點(diǎn)，而另一方面觀察范圍被限制得很窄。此外，使用普通的光學(xué)觀察儀器可以進(jìn)行更大視野范圍的觀察，但是Z軸分辨率會(huì)降低。
納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800兼具面內(nèi)方向的大觀察視野及高度方向的高分辨率兩大特點(diǎn)，因此對(duì)于像電鍍線之類較大的高差形狀及其表面粗糙度，均可進(jìn)行簡(jiǎn)單方便的測(cè)量。

根據(jù)不同的用途及目的，電鍍表面可能會(huì)施加表面處理，一般的表面觀察方法有SEM觀察。
通過SEM圖像，能夠清楚地顯現(xiàn)出表面性狀的不同，一般SEM所獲信息屬于二維圖像，因此很難高精度測(cè)量立體特征。
關(guān)于在電鍍Ni表面施加了粗化處理的樣品，使用FlexSEM 1000（SEM）以及AFM5500 M（AFM）、VS1800（納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)/CSI）進(jìn)行觀察及測(cè)量所得結(jié)果如圖所示。
對(duì)比FlexSEM 1000/AFM5500 M的觀察及測(cè)量結(jié)果，可了解到SEM觀察的形狀在AFM測(cè)量結(jié)果中也能看到同樣的捕捉信息。此外，還可看出AFM與CSI的算術(shù)平均粗糙度Sa顯示幾乎相同的數(shù)值，納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)可同樣測(cè)量出AFM所捕捉的微細(xì)形狀。由此可知，如果使用具有高空間分辨率的AFM，則可以交叉檢查CSI數(shù)據(jù)。納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)發(fā)揮高速測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高多個(gè)樣品的測(cè)量速度，另外如前所述，通過增加用SEM及AFM進(jìn)行觀察和測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)多方面評(píng)估。

應(yīng)用實(shí)例④　摩擦學(xué)性能評(píng)估示例

摩擦學(xué)性能評(píng)估示例

件的低磨損性需求，要求進(jìn)行更精確、更精密的摩檫學(xué)性能評(píng)估。納米尺度3D光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)VS1800可以采用單次自動(dòng)對(duì)焦，在大范圍區(qū)域?qū)崿F(xiàn)納米尺度的粗糙度測(cè)量。在摩檫學(xué)性能評(píng)估中，根據(jù)三維測(cè)量結(jié)果進(jìn)行負(fù)荷曲線分析，從而可以計(jì)算出磨損量（面積以及體積），由此可實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估。
下面介紹將新油和劣化油用于金屬滑動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。

圖1和圖2分別是使用新油和劣化油的情況下測(cè)量滑動(dòng)痕形貌的結(jié)果。比較各圖的滑動(dòng)部位表面形貌及截面圖，可以看到使用劣化油時(shí)的滑動(dòng)痕深度大約是使用新油時(shí)的6倍，滑動(dòng)方向上出現(xiàn)了明顯的條紋狀削痕。

圖1 使用新油時(shí)的形貌測(cè)量結(jié)果

圖2 使用劣化油時(shí)的形貌測(cè)量結(jié)果

然后進(jìn)行負(fù)荷曲線分析。進(jìn)行分析時(shí)，針對(duì)因磨損而被削掉的區(qū)域，可使用高度閾值對(duì)等高線圖像進(jìn)行二值化處理，計(jì)算出面積以及體積，并可定量評(píng)估磨損量。

圖3 使用新油時(shí)的負(fù)荷曲線分析結(jié)果

圖4 使用劣化油時(shí)的負(fù)荷曲線分析結(jié)果