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簡(jiǎn)要描述:全息數字顯微鏡DHM; 是Lyncee Tec公司的技術(shù)。其工作原理為:全息圖由參考光束和經(jīng)被測物體表面反射的物光光束相互干涉形成,攜帶有被觀(guān)測物體的波前信息,由數碼相機捕捉,再通過(guò)計算機對所記錄的全息圖進(jìn)行數值重建來(lái)得到被測物體的相位和振幅(光強)信息,進(jìn)完成被測物體的數值三維重建。
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數字全息顯微鏡DHM® 的縱向精度是由激光的本征波長(cháng)來(lái)校準的,因此提供了激光干涉級別的高精度和高可重復性的量測數據??v向分辨率達到了亞納米,橫向分辨率則由所選物鏡決定。
另外得益于對所記錄全息圖的先進(jìn)數字重建運算,DHM® 可數值選取所需聚焦的像面(數字自動(dòng)聚焦)。這一功能也允許用戶(hù)在數據記錄后重新尋找聚焦像面,而無(wú)需再調整樣品實(shí)際高度。
全息數字顯微鏡
反射式數字全息顯微鏡(DHM® -R),非掃描非接觸無(wú)損測量,顯示靜態(tài)和動(dòng)態(tài)三維形貌,表征周期振動(dòng)。
全息數字顯微鏡
超高速記錄動(dòng)態(tài)三維形貌:
DHM® 采用非掃描機制,采集單幀圖像既能記錄樣品表面三維形貌,因此擁有其他技術(shù)無(wú)法匹敵的圖像采集速度。使用標準相機采集速度為視頻速率30幀/秒,而高速相機可以達到1000幀/秒,使得以下應用變?yōu)榭赡埽?br/>研究可形變樣品三維動(dòng)態(tài)響應
表面大區域掃描分析
高產(chǎn)量常規檢測
生產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)三維形貌捕捉
MEMS測振分析,高可達25MHz
頻閃模塊(可選配件)可同步DHM® 測量時(shí)激光脈沖與 MEMS器件的激勵信號,獲取振動(dòng)周期內的全視場(chǎng)振動(dòng)模態(tài)。 這些*的分析數據可提供以下信息:
三維形貌時(shí)序圖
頻率共振分析和響應分析
面內面外振幅分析(面內振幅測量精度1nm,面外振幅測量精度5pm)
復雜運動(dòng)表征,振動(dòng)模態(tài)表征,樣品動(dòng)態(tài)三維形貌
多種可控環(huán)境下測量
*的光學(xué)原理和光路設計使得DHM® 能夠滿(mǎn)足使用者在各種環(huán)境下的測量需求,提供靈活和便利的測量體驗:
透過(guò)玻璃(蓋玻片、載玻片、玻璃窗口)或者浸潤液
觀(guān)測環(huán)境控制箱或真空腔內部樣品,可改變環(huán)境參數,比如溫度、濕度、氣壓、氣體成分等
測量透明樣品三維形貌
得益于DHM® 多激光源配置,通過(guò)反射分析軟件(可選配件)可以表征透明薄膜樣品,包括:
透明結構表面形貌
多層透明薄膜組成結構的厚度、折射率,測量范圍可從10納米至幾十微米
柔性材料或是液體的形貌
三維形貌時(shí)序圖: 水滴蒸發(fā)的全過(guò)程
反射式數字全息顯微鏡DHM® -R擁有三種型號,主要區別在于不同的激光源數量:
> R1000型配備單激光源,是測量平滑表面和振動(dòng)的理想工具。
> R2100型配備可以同時(shí)使用的雙激光源,在測量復雜表面和非連續結構時(shí)更有優(yōu)勢。
> R2200型是在R2100型基礎上擴展了第三個(gè)激光源,增加測量范圍的同時(shí),也增添了針對半透明薄膜 結構的測量能力。
反射式數字全息顯微鏡DHM® R2100
DHM®-R1000系列配置單波長(cháng)激光源,可以為您的樣品提供實(shí)時(shí)三維檢測,擁有亞納米級分辨率,動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度為333nm,而對于連續表面動(dòng)態(tài)可測高度則達到了200μm。R1000系列是反射式DHM®的zui基本配置,性?xún)r(jià)比優(yōu)勢突出,使用極其便利。
適用范圍包括平滑表面、樣品形貌、以及不超過(guò)333nm陡直臺階等。
DHM R1000系列光路示意圖
R2100 系列
DHM®-R2100是按照能夠同時(shí)使用雙波長(cháng)激光源測試的規格設計的,擁有亞納米級分辨率,動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度達到了2.1 μm,對于連續表面動(dòng)態(tài)可測高度同樣為200 μm。
兩個(gè)激光源擁有各自不同的參考光光路,但共用物光光路,主要優(yōu)勢在于:
可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm
可以自由切換使用單、雙激光源進(jìn)行實(shí)時(shí)測試
Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度
DHM®-R2100家族系列能夠使用相機同時(shí)記錄兩束光分別產(chǎn)生的干涉條紋并投射到同一幅全息圖上,之后還能對兩束光分別進(jìn)行數字重建。 兩束光源產(chǎn)生的合成波長(cháng)使得動(dòng)態(tài)可測垂直臺階擴展到了2.1 μm,這些過(guò)程均在視頻速率下完成。
DHM R1000系列光路示意圖
使用雙光源系統與使用單光源系統相比一樣便利。視不同被測樣品情況,使用者可以自由切換使用單/雙光源模式以獲取不同可測臺階范圍。
另外,通過(guò)結合單光源與合成光源的測量數據,在單光源模式下的亞納米垂直測量精度能夠利用功能強大的Mapping算法適用到雙光源模式。
DHM® 雙光源的原理
R2100 系列提供雙光源測試模式,光源 λ_1 和光源λ_2將產(chǎn)生一個(gè)波長(cháng)為Λ的合成光源。同時(shí)合成光源測試,在保持亞納米級精度的同時(shí),將動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm,而對于連續表面動(dòng)態(tài)可測高度同樣為200 μm。
當然,雙光源系統的兩個(gè)光源也可以各自獨立單獨使用。
R2200 系列
DHM®-R2200 是按照三波長(cháng)激光源的規格設計的,擁有亞納米級分辨率,動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度達到了12 μm,對于連續表面動(dòng)態(tài)可測高度同樣為200 μm。
DHM®-R2200 系列全息顯微鏡在實(shí)時(shí)測量方面達到了一個(gè)全新的高度。創(chuàng )新的光路設置包括了共用的物光光路以滿(mǎn)足三光源配置。三個(gè)光源允許使用兩組不同的雙光源組合,也就是說(shuō)有兩個(gè)不同波長(cháng)的合成光源供選擇:
動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度范圍增加到了12 μm
可以自由切換使用單、雙激光源進(jìn)行實(shí)時(shí)測試
Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度
使用雙光源測量與單光源同樣的便利性
DHM®-R2200 系列除了擁有三光源,在其他方面與DHM®-R2100系列有著(zhù)同樣的特點(diǎn)和功能。 DHM®-R2200 系列能夠使用相機同時(shí)記錄兩束光分別產(chǎn)生的干涉條紋并投射到同一幅全息圖上,之后還能對兩束光分別進(jìn)行數字重建。 兩束光源產(chǎn)生的合成波長(cháng)使得動(dòng)態(tài)可測垂直臺階擴展到了12 μm,這些過(guò)程均在視頻速率下完成。
DHM R2200系列光路示意圖
使用三光源系統與使用單光源系統相比一樣便利。視不同被測樣品情況,使用者可以自由切換使用單/雙光源模式以獲取不同可測臺階范圍。
DHM®-R2200系列配置的第三光源用來(lái)與另外兩個(gè)光源結合使用。 因此在雙光源使用模式下?lián)碛幸粋€(gè)短合成光波長(cháng)和長(cháng)合成光波長(cháng),進(jìn)一步拓寬了動(dòng)態(tài)測試范圍。DHM®-R2200系列的兩種合成波長(cháng)分別為6 μm 和30 μm,對于動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度分別為2.1 μm和12 μm。
另外,通過(guò)結合單光源與合成光源的測量數據,在單光源模式下的亞納米垂直測量精度能夠利用功能強大的Mapping算法適用到雙光源模式。
由于測量和圖像抓取速率快,DHM® 可以有效避免環(huán)境振動(dòng)對測量帶來(lái)的影響,防止出現圖像模糊的情況。實(shí)時(shí)顯示的三維動(dòng)態(tài)形貌保證了DHM® 使用的便利高效,而測量可以通過(guò)垂直相干掃描模式增加到厘米量級。
DHM® 雙光源的原理
R2200 系列提供兩組雙光源測試模式,光源 λ_1 和光源λ_2將產(chǎn)生一個(gè)長(cháng)合成波長(cháng)Λ光源,在保持亞納米級精度的同時(shí),將動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度增加到了12 μm,而對于連續表面動(dòng)態(tài)可測高度同樣為200 μm。
另外,光源 λ_1 和光源λ_3也可以合成一個(gè)短合成波長(cháng)Λ光源,在保持亞納米級精度的同時(shí),將動(dòng)態(tài)可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm。
Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度,每個(gè)光源也可以各自單獨使用。
參數指標
DHM型號 | R1000 | R2100 | R2200 |
激光光源數量 | 1 | 2 | 3 |
工作波長(cháng) (± 1.0 nm) | 666 nm | 666 nm, 794 nm | 666 nm, 794 nm, 680 nm |
激光波長(cháng)穩定性 | 0.01 nm / °C (666 nm) | ||
樣品臺 | 手動(dòng)或電動(dòng)X(jué)YZ樣品臺,zui大移動(dòng)范圍 300 mm x 300 mm x 38 mm | ||
物鏡 | 放大倍數1.25x 至 100x,可選標準物鏡、高NA值物鏡、蓋玻片矯正物鏡、長(cháng)工作距物鏡、水鏡、油鏡等 | ||
物鏡臺 | 6口旋轉物鏡臺 | ||
電腦 | Dell新工作站,In® 多核處理器,高性能顯卡 針對DHM優(yōu)化配置,zui小21寸顯示器 | ||
軟件 | Koala數據采集分析軟件,基于C++ 和NET 附加分析軟件供不同應用分析 (MEMS Analy sis Tool,Cell Analy sis Tool,Reflectometry Analy sis) | ||
數據格式 | 多種保存格式,數據格式包括.bin格式和.txt格式 圖像格式包括:tif格式和.txt矩陣格式 |
性能
測量模式 | 單激光波長(cháng) 666 nm | 雙激光合成波長(cháng) 4.2 um | 雙激光合成波長(cháng) 24 um |
可用測量模式的DHM型號 | R1000, R2100, R2200 | R2100, R2200 | R2200 |
測量精度[nm] | 0.15 | 0.15 / 3.0 | 20 |
縱向分辨率[nm] | 0.30 | 0.30 / 6.0 | 40 |
測量可重復性[nm] | 0.01 | 0.01 / 0.1 | 0.5 |
動(dòng)態(tài)可測縱向范圍 | zui大200um | zui大200um | zui大200um |
zui大可測臺階高度 | zui大333 nm | zui大2.1um | zui大12um |
適用樣品表面類(lèi)型 | 平滑表面 | 復雜或非連續結構表面 | 復雜或非連續結構表面 |
垂直校準 | 由干涉濾光片決定,范圍 ±0.1 nm | ||
圖像采集時(shí)間 | 標準 500us (zui快可選10us) | ||
圖像采集速率 | 標準 30 幀/秒 (1024 x 1024 像素) (zui快可選 1000 幀/秒) | ||
實(shí)時(shí)重建速率 | 標準 25 幀/秒 (1024 x 1024 像素) (zui快可選 100 幀/秒) | ||
橫向分辨率 | 由所選物鏡決定,zui大 300 nm | ||
視場(chǎng) | 由所選物鏡決定,范圍從 66um x 66um 至 5 mm x 5 mm | ||
工作距 | 由所選物鏡決定,范圍從 0.3 至 18 mm | ||
數碼聚焦范圍 | 高50倍于景深 (由所選物鏡決定) | ||
zui小可測樣品反射率 | 低于 1% | ||
樣品照明 | zui低 1uW/cm2 | ||
頻閃模塊 | 適用于單光源和雙光源模式 |
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