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納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng) VS1800

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  • 公司名稱 日立集團(tuán)
  • 品牌
  • 型號
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  • 廠商性質(zhì) 其他
  • 更新時(shí)間 2023/2/16 9:39:03
  • 訪問次數(shù) 78

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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(shí)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。

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納米尺度3D光學(xué)干涉測量系統(tǒng) VS1800

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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(shí)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(diǎn)

  • 規(guī)格

  • 功能介紹視頻

  • 應(yīng)用實(shí)例① 材料加工領(lǐng)域的觀察例

  • 應(yīng)用實(shí)例② 多層膜的氣泡、 異物混入觀察例

  • 應(yīng)用實(shí)例③ 電鍍觀察例

  • 應(yīng)用實(shí)例④ 摩擦學(xué)性能評估示例

特點(diǎn)

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國際標(biāo)準(zhǔn)ISO25178規(guī)定的表面形貌評估方法來計(jì)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(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)干涉測量系統(tǒng)VS1800的一大特點(diǎn)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(diǎn),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(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)

  2. 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)生的影響控制在最小程度,從而實(shí)現(xiàn)測量重現(xiàn)性誤差低于0.1%(Phase模式下)。

  3. 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(shí)現(xiàn)高速測量,并且由于采用非接觸方式,測量時(shí)能夠保證不會給樣品帶來損傷。
  4. 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。
  5. 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(gè)樣品及分析結(jié)果,減輕繁雜的后處理程序。
    此外,導(dǎo)入表面形貌評估方法的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO25178的項(xiàng)目,自動按每個(gè)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。
  6. 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(jī)型Type 1Type 2Type 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(jī) 標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)或高像素相機(jī)
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(shí) 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(shí)現(xiàn)了高通量成像的VS1800
~實(shí)際測量到分析

能以無損傷方式實(shí)現(xiàn)界面分析

可實(shí)現(xiàn)高分辨率大視野測量

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(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(shí)例。

光學(xué)薄膜

測量實(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)例1

測量實(shí)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(shí)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(gè)層發(fā)生了異常。

測量實(shí)例1 玻璃基板上高分子膜的高差

測量實(shí)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(shí)例1 光面紙

測量實(shí)例2 名片印刷面

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(shí)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(shí)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(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(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(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(diǎn),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(diǎn),有利于提高多個(gè)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(shí)現(xiàn)多方面評估。

應(yīng)用實(shí)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(jì)算出磨損量(面積以及體積),由此可實(shí)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(yàn)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(shí)的滑動痕深度大約是使用新油時(shí)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(shí)的形貌測量結(jié)果

圖2 使用劣化油時(shí)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(shí),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(jì)算出面積以及體積,并可定量評估磨損量。

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


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