白光轮廓仪,基于无限远显微镜的光学设计,使用干涉物镜产生干涉条纹,使光学显微镜变为白光干涉轮廓仪;它以3D非接触方式,测量分析样品表面形貌的关键参数和尺寸,典型结果包括:

  1. 表面形貌(粗糙度,平面度,平行度,台阶高度,锥角等等)

  2. 几何特征(关键孔径尺寸,曲率半径,特征区域的面积和体积等等)

▲白光轮廓仪原理图

ZYGO提供广泛的物镜选择,从1X到100X,满足不同的测试需求。包括用于测量小视场范围内,高频微观形貌的高倍率物镜;以及用于测试低频大视场范围内,全局面形形貌的低倍率物镜。常见的有Mirau物镜、Michelson物镜。ZYGO还提供以下特殊设计的物镜,包括:

  • 长工作距离(LWD)和超长工作距离(SLWD)物镜,工作距离为20mm和40mm,适用于凹陷、沉孔的底部或难以接近的表面。

  • GC物镜可用于测量在保护性透明窗片下的样品。

  • 专有的Zygo ZWF 1.4X物镜。

在所有物镜参数中,NA (数值孔径) 是最重要的参数之一。

光学显微镜系统的分辨率是由物镜决定的,物镜的分辨率又是由它的NA (数值孔径)和工作波长决定的。

NA (数值孔径) 描述了物镜光锥角的大小,表示如下:NA = n * sin α

光学分辨率基于物镜NA 等于:0.61λ/NA,其意义是指,在样品表面上,可以被分辨两个点之间的最小距离。

由此可以看出,NA越大,分辨率越高;那是不是对于物镜而言,是否NA一定越大越好呢?

其实某些特殊的应用场景,小NA值的物镜反而更有优势。ZYGO 22X物镜就具有小NA值的特点,专门用于高深-宽比的孔/槽测量。

22X物镜是一颗特殊设计的物镜,和相近倍率的20X物镜,其设计截然不同,如下图所示。

22X物镜是Michelson物镜,数值孔径NA=0.10,Slope limit为4.84度,非常适合测量高深宽比的孔/槽,常见的有TSV(Through Silicon Vias,硅通孔)。

▲20X物镜和22X物镜参数

如图所示,高NA值的物镜,其大光锥角造成在测量高深宽比结构时,大部分的信号丢失了,这时小NA值,窄光锥角反而更有优势。ZYGO 22X物镜即专为这一应用场景设计的。

基于22X物镜,高深宽比的孔/槽测试结果

槽宽25µm,槽深100µm(深宽比4)

槽宽18µm,槽深155µm(深宽比大于8)

槽宽30µm,槽深400µm(深宽比大于10)

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