納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng) VS1800
納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800應(yīng)用光干涉現(xiàn)象，對微細(xì)的表面形貌進(jìn)行測量，可實現(xiàn)高性能薄膜、半導(dǎo)體、汽車零配件、顯示器等行業(yè)所要求的高精度測量。而且還能以無損傷方式進(jìn)行多層膜的層結(jié)構(gòu)以及層內(nèi)部的異物測量。
特點
規(guī)格
功能介紹視頻
應(yīng)用實例① 材料加工領(lǐng)域的觀察例
應(yīng)用實例② 多層膜的氣泡、 異物混入觀察例
應(yīng)用實例③ 電鍍觀察例
應(yīng)用實例④ 摩擦學(xué)性能評估示例
特點
測量表面形貌的新標(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）、觸針式粗糙度測量儀及激光顯微鏡等產(chǎn)品更高的測量精度。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)干涉測量系統(tǒng)VS1800，使用更方便，測量精度跟高，測量范圍更大。此外，傳統(tǒng)的采用線粗的測量方式仍存在“測量位置導(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的解決對策是通過參照標(biāo)準(zhǔn)ISO25178規(guī)定的表面形貌評估方法來計算參數(shù)，建立測量表面形貌的新標(biāo)準(zhǔn)，從而受到了各界的關(guān)注。
■與普通測量儀器比較
原子力顯微鏡的納米尺度3D探針測量系統(tǒng)AFM5500M同樣可實現(xiàn)高度的分辨率為0.1nm以下，與此相比，納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800的一大特點在于面內(nèi)方向的測量范圍更大。發(fā)揮兩種測量系統(tǒng)各自的優(yōu)點，根據(jù)需求選擇的測量系統(tǒng)有利于生產(chǎn)率的提高。
優(yōu)點
- 高分辨率、大范圍
采用的算法，實現(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現(xiàn)較高的垂直方向分辨率，即使是大范圍（大測量視野6.4 mm × 6.4 mm）的情況下，也能測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）
- 測量數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性高
高度測量使用干涉條紋，將Z驅(qū)動產(chǎn)生的影響控制在小程度，從而實現(xiàn)測量重現(xiàn)性誤差低于0.1%（Phase模式下）。
- 高速測量
通過以平面捕捉樣品，不對X、Y方向進(jìn)行掃描，從而實現(xiàn)高速測量，并且由于采用非接觸方式，測量時能夠保證不會給樣品帶來損傷。 - 無損傷測量
對于以往切割樣品后形成截面來對多層膜層結(jié)構(gòu)及層內(nèi)部進(jìn)行的異物測量，VS1800能夠以無損傷方式進(jìn)行。對于透明層結(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。 - 測量簡單
搭載有可直觀性使用的操作畫面，可以當(dāng)場確認(rèn)處理后的圖像?？梢院唵蔚貙⑻幚砑胺治鰞?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)入表面形貌評估方法的標(biāo)準(zhǔn)ISO25178的項目，自動按每個樣品選擇合適的參數(shù)。VS1800搭載有可對參數(shù)選擇提供建議的工具，有助于提高管理的精度。 - 配置靈活
手動XY樣品臺為基本型號Type 1，并提樣品臺電動化逐級提升的Type 2以及Type 3。各型號的升級可通過需求來進(jìn)行，根據(jù)用途輕松引進(jìn)系統(tǒng)
規(guī)格
技術(shù)指標(biāo)
| 機型 | Type 1 | Type 2 | Type 3 | |
|---|---|---|---|---|
| Z軸 | 馬達(dá)驅(qū)動 | 標(biāo)配（Z軸移動范圍～10㎜） | ||
| PZT驅(qū)動 | 新增選配（Z軸移動范圍～150 μm） | |||
| XY樣品臺 | 驅(qū)動方式 | 手動 | 電動 | |
| 移動范圍 | ± 50 mm | ± 75 mm | ||
| 樣品臺尺寸 | W205 × D150 mm | W225 × D225 mm | ||
| 測角臺 | 驅(qū)動方式 | 手動 | 電動 | |
| 移動范圍 | ± 2° | ± 5° | ||
| 測量相機 | 標(biāo)準(zhǔn)相機或高像素相機 | |||
| 鏡筒 | × 1或 × 0.5 | |||
| 變焦透鏡 | × 0.7透鏡（新增選配） | |||
| 物鏡 | × 2.5 × 5 × 10 × 20 × 50 × 110 | |||
| 樣品高度 | 標(biāo)準(zhǔn) | 0～50 mm | ||
| 使用加高配件時 | 50～100 mm | 0～100 mm | ||
| 電腦OS | Windows 10 | |||
| 減震臺（帶支架） | 被動式或主動式 | |||
軟件一覽
| 標(biāo)配 | 新增選配 | |
|---|---|---|
| 測量軟件 | 表面形貌測量 | 大傾斜角測量 |
| 分析軟件 | ISO參數(shù)（參照ISO25178） 輪廓分析、頻帶分解 負(fù)荷曲線分析、顆粒分析 熱歐姆轉(zhuǎn)換、線段分析 | 界面分析、層面分析 截面面積、線測量 |
功能介紹視頻
真正實現(xiàn)了高通量成像的VS1800
～實際測量到分析
能以無損傷方式實現(xiàn)界面分析
可實現(xiàn)高分辨率大視野測量
應(yīng)用實例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，需要查明表面、界面或?qū)觾?nèi)哪個部位出現(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)干涉測量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行各種測量的實例。
光學(xué)薄膜
測量實例1 顯示器用薄膜
顯示器用薄膜的表面作了各種加工，以保持防反射、防止指紋造成的污染等功能性。VS1800不僅針對平滑的薄膜表面，對于像亞光膜表面那樣凹凸不平的樣品，也能以較高的重現(xiàn)性進(jìn)行測量。 
測量實例2 顆粒鍍膜
顆粒填料用于改善表面的防眩性，以及控制與其他表面粘合的性能，其形狀、大小及密度等的測量是*的項目。VS1800不僅可以觀察形狀，還能利用大小及數(shù)量等的分析功能進(jìn)行評估。 
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，對材料各層的膜厚管理非常重要。VS1800不僅可以評估表面粗糙度，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。
測量實例1 
測量實例2 
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量高度，對于如高分子材料之類透明薄膜的高差等也能進(jìn)行高精度測量。 此外，關(guān)于VS1800的界面分析，對于透明材料多層層壓時發(fā)生的氣泡不良等現(xiàn)象，能以無損傷方式進(jìn)行評估，因此無需制作截面，即可確認(rèn)哪個層發(fā)生了異常。
測量實例1 玻璃基板上高分子膜的高差 
測量實例2 膠帶粘貼面 
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)測量模式”，以及可測量光反射微弱的斜面之“大傾斜角測量模式”，除了像光面紙之類的平滑表面，還能對名片表面等粗糙的纖維材質(zhì)表面進(jìn)行測量，測量范圍廣泛。
測量實例1 光面紙 
測量實例2 名片印刷面 
應(yīng)用實例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)生異常時的狀態(tài)，必須實施無損傷測量。 納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800采用無損傷非接觸測量方式，實現(xiàn)了高度分辨率優(yōu)異的表面形貌及膜厚測量，下面介紹使用測量系統(tǒng)VS1800測量薄膜異常部位的相關(guān)實例。
通過界面分析評估氣泡
使用納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行測量，能夠發(fā)現(xiàn)異常部位的線形凹陷（a），并測量出其寬度及深度（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（d）為層②的不均勻部分，此處的干涉強度變化顯著，可推斷是氣泡。
通過界面分析評估異物混入
使用納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800進(jìn)行測量，能夠確認(rèn)到異物混入部位呈山形隆起，并測量出其寬度及高度。(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)用實例③ 電鍍觀察例
電鍍觀察例
隨著各種電子零配件實現(xiàn)微細(xì)化，電鍍越來越趨向薄膜化。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，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軸分辨率會降低。
納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(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，因此對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)行簡單方便的測量。
根據(jù)不同的用途及目的，電鍍表面可能會施加表面處理，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)干涉測量系統(tǒng)/CSI）進(jìn)行觀察及測量所得結(jié)果如圖所示。
對比FlexSEM 1000/AFM5500 M的觀察及測量結(jié)果，可了解到SEM觀察的形狀在AFM測量結(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)干涉測量系統(tǒng)可同樣測量出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)干涉測量系統(tǒng)發(fā)揮高速測量的優(yōu)點，有利于提高多個樣品的測量速度，另外如前所述，通過增加用SEM及AFM進(jìn)行觀察和測量，可實現(xiàn)多方面評估。
應(yīng)用實例④ 摩擦學(xué)性能評估示例
摩擦學(xué)性能評估示例
件的低磨損性需求，要求進(jìn)行更精確、更精密的摩檫學(xué)性能評估。納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng)VS1800可以采用單次自動對焦，在大范圍區(qū)域?qū)崿F(xiàn)納米尺度的粗糙度測量。在摩檫學(xué)性能評估中，根據(jù)三維測量結(jié)果進(jìn)行負(fù)荷曲線分析，從而可以計算出磨損量（面積以及體積），由此可實現(xiàn)定量評估。
下面介紹將新油和劣化油用于金屬滑動試驗的測試結(jié)果。
圖1和圖2分別是使用新油和劣化油的情況下測量滑動痕形貌的結(jié)果。比較各圖的滑動部位表面形貌及截面圖，可以看到使用劣化油時的滑動痕深度大約是使用新油時的6倍，滑動方向上出現(xiàn)了明顯的條紋狀削痕。
圖1 使用新油時的形貌測量結(jié)果 
圖2 使用劣化油時的形貌測量結(jié)果 
然后進(jìn)行負(fù)荷曲線分析。進(jìn)行分析時，針對因磨損而被削掉的區(qū)域，可使用高度閾值對等高線圖像進(jìn)行二值化處理，計算出面積以及體積，并可定量評估磨損量。
圖3 使用新油時的負(fù)荷曲線分析結(jié)果 
圖4 使用劣化油時的負(fù)荷曲線分析結(jié)果 
