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SENSOFAR
PLu Neox

3D光学(共聚焦)轮廓仪


  近年来,干涉仪和共聚焦影像轮廓仪在非接触表面测量市场竞争。这两种设备均可以准确、可靠地测量毫米级至亚纳米级尺度的表面形貌细节。

  如今,Sensofar已在非接触式光学三维轮廓仪领域取得突破:neox。该传感器结合了共聚焦技术和干涉测量技术,并具有薄膜测量能力。这种结合使neox成为一个独特的系统,优于现有一切光学轮廓仪。

  除了紧凑和坚固的设计,neox也是一整套完整的,可获得快速、非侵入性评估微米和纳米级几何表面的理想工具:从可用于R&D及质量检验实验室的标准型,到转为在线过程控制所用的各种先进、定制解决方案。

 

  使用Sensofar专有技术开发的neox光学轮廓仪,其共聚焦部分的主要优点是有着极高发光效率的照明硬件和高对比度算法。这些特点使系统成为测量有着陡峭斜面、粗糙的、反光表面和含有异种材料样品的理想设备。高品质干涉光学系统和集成压电扫描器是以干涉轮廓仪部分的重要关键。这项技术对于测量非常光滑至适度粗糙的表面比较理想。这些技术的组合为neox提供了无限宽广的应用领域。

  该neox可用于标准的明场彩色显微成像、共焦成像、三维共焦建●!SI、VSI及高分辨率薄膜厚度测量●! ∩璞该挥幸贫考蛊溆涤屑峁潭舸盏纳杓疲币彩沟酶锰酵肥屎虾芏郞EM应用。极其简单的、符合人体工程学的软件界面使用户获得非?斓牟饬克俣龋恍璺奖愕厍谢皇实钡奈锞担鹘梗⒀≡袷实钡牟杉J郊纯伞

 

■ 微显示共聚焦扫描

目前的共聚焦显微镜都使用有着可移动机械装置的镜面扫描头,这会限制其使用寿命,并且在高倍率时降低像素抖动优化效果。对于共焦扫描,neox使用基于微型显示器的Sensofar专利技术。该微型显示器基于铁电液晶硅(FLCoS),一种没有运动部件的快速切换装置,使共焦图像的扫描更快速、稳定并拥有无限的寿命。

 
 

■ 彩色CCD摄像头

Neox使用一个高速高分辨率的黑白CCD摄像头为系统计量探头。另一个彩色摄像头可用于明场表面观察。这样使得它很容易找出所分析样品的特点。此外,地貌测量功能可得到全聚焦彩色图像。该系统在垂直扫描过程中记录图像合焦位置像素,并和其Z轴位置匹配从而得到全聚焦彩色图像,并以此来创建出色的三维模型。

 
   

■ 物镜

Neox使用独特的CFI60 Nikon物镜,在各NA时都有最大的工作距离?裳∮玫奈锞党50种,每一款都可对应某种特别应用:可用于共聚焦成像和建模的较高NA,倍率范围2.5X至200X,超长工作距离,特长工作距离及浸水物镜;带调焦环的物镜可在最厚2mm范围的透明介质对焦;2.5X至100X带参考镜校正及顶端倾斜的物镜。

 
     

■ 双垂直扫描器

双垂直扫描器包括一个电动平台和压电扫描器,以获得最高的扫描范围和最高的测量精度及重复精度。高定位精度的线性平台行程40mm,最小步进可达10nm,用于共聚焦扫描非常理想。集成的压电扫描器最高扫描范围200μm,压电电阻传感器高定位分辨率0.2nm,全行程精度1nm。现有的其它扫描平台使用光学编码器,精度仅30nm且不确定,限制了系统的精确度和重复性。结合线性平台和压电扫描器的独特设计,使Neox在0.1纳米至几毫米测量范围内拥有业界最高的精度,线性和重复性。

■ 集成反射光谱仪

共聚焦及干扰法测量薄膜厚度的实际限制约为1μm单层膜。Neox集成了一个反射光谱仪,通过光纤进行薄膜的测量,厚度范围在10nm,最高可达10层膜。该光纤通过显微目镜成像,因此,薄膜测量点尺寸最小可达5微米。测量使用集成的LED光源,可提供样品以及薄膜测量的实时明场影像。

■ 双LED

照明光源内置了两个高功率LED,其中白光LED用于彩色明场观察,薄膜测量,VSI和ePSI。另一个蓝光LED用于高分辨率共聚焦影像和PSI。蓝光LED较短的波长可有效提升水平分辨率至0.15μm(L&S),并改善PSI噪声为0.01nm垂直分辨率。

 

■ 高速度 (12.5 fps 共聚焦帧速率)

基于FLCoS微型显示器的高速转换速度和特有的快速共聚焦算法,本设备可达到12.5帧/秒的共聚焦图像帧率,垂直3D扫描达到8层/秒,这意味着3D共焦测量扫描速度范围为0.5至350μm/s。干涉扫描速度为50 fps,即垂直扫描速度高达800μm/s。一次典型的测量时长,其中包括扫描后的运算,通常小于5秒。

共聚焦(Confocal Profiling)

● 共聚焦 (Confocal Profiling)

  共聚焦轮廓仪可以测量较光滑或非常粗糙的表面高度。借助消除虚焦部分光线的共焦成像系统,可提供高对比度的图像。籍由表面的垂直扫描,物镜的焦点扫过表面上的每一个点,以此找出每个像素位置的对应高度(即共聚焦图像)。

  共聚焦轮廓仪可以由其光学组件实现超高的水平解析度,空间采样可以减小到0.10μm,这是一些重要尺寸测量的理想选择。高数值孔径NA(0.95)和放大倍率(150X和200X)的物镜可测量斜率超过70°的光滑表面。neox具有极高的光效,专有的共聚焦算法可提供纳米级的垂直方向重复性。超长工作距离(SLWD)可测量高宽比较大、形状较陡的样品。

 

干涉(Interferometry)

 

● PSI 模式 (PSI Profiling)

  相位差干涉仪 (Phase Shift Interferometers)可以亚纳米级的分辨率测量非常光滑与和连续的表面高度。必须准确对焦在样品上,并进行多步垂直扫描,步长是波长的精确的分数。PSI算法借助适当的程序将表面相位图转换为样品高度分布图。

  PSI模式可在所有的数值孔径(NA)下提供亚纳米级的垂直分辨率。放大倍率较小时(2.5X)可以测量较大视场范围,并具有同样的垂直分辨率。但是光波相干长度使其测量范围限制在微米级。PSI算法使neox 得到纳米尺度的形态特征,并以亚纳米尺度对超平滑的表面纹理参数作出评估。

 

● VSI 模式 (VSI Profiling)

   白光干涉仪 (White-Light Vertical Scanning Interferometers)可用于测量光滑表面或适度粗糙表面的高度。当样品表面各个点处于最佳焦点位置时可得到最大干涉条纹对比度。多步垂直扫描样品,表面上的每一个点会通过对焦点,通过检测干涉条纹峰值得到各像素位置的高度。

  VSI模式可在所有的数值孔径(NA)下提供纳米级垂直分辨率。VSI算法使neox在各放大倍率下得到具有相同垂直分辨率的形态特征。其测量范围在理论上是无限的,尽管在实践中其将受限于物镜实际工作距离。扫描速度和数据采集速率可以非?欤比徽饣岬贾乱欢ǔ潭却怪狈直媛仕鹗А

 




薄膜测量 (Thin Film)

● 薄膜测量 (Thin Film)

  光谱反射法是薄膜测量的首选方法之一,因为它准确、无损、迅速且无需制备样品。测量时,白光照射到样品表面,并将在膜层中的不同界面反射,并发生干涉和叠加效应。结果,反射光强度将显示出波长变化,这种变化取决于薄膜结构不同层面的厚度和折射率。软件将测得的真实光谱同模拟光谱进行比较拟合,并不断优化厚度值,直到实现最佳匹配。

  Neox也可用作高分辨率的薄膜测量系统,它适用于单层箔,膜或基板上的单层薄膜,而且还可以处理更复杂结构(最高可至基板上10层薄膜)?稍谝幻肽诓饬看10nm到20μm的透明薄膜,厚度分辨率0.1 nm,横向分辨率达5μm。

 

 

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● 表面形貌观测

  太阳能硅片的表面,不论是多晶还是单晶,在微观下表面的起伏都相当剧烈。传统的分析设备,很难讲形貌最正确地显示和测量。PLu设备因为具有可以量测大斜率的优势,所以可将表面呈现得相当完整。

● 金字塔型结构测量以及自动分析

  可以清晰测量出金字塔的斜边、大小、宽度,软体中提供自动计算画面里有多少个金字塔的凸起,分析岛状结构的高度分布。

● 全表面积的面积计算

  不论是多晶单晶,太阳能硅片表面都会造成大量高低起伏,而多增加的表面积直接影响电池片的光电转换效能。Sensofar的机台除了基本测量之外,还可以计算全表面积增长。

● 白光干涉测量功能

  白光干涉仪可进行光滑表面或粗糙表面的高度测量,尤其是垂直度较大的样品(栅线),相对于共聚焦的分析模式速度快,精度高。对太阳能电池片的检测,必须要有共聚焦模式和干涉模式才可以对样品进行全面而准确的分析。