特點

測量表面形貌的新標準

隨著材料不斷趨向平坦化、薄膜化及結構的微細化，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“測量位置導致的結果偏差”和“掃描方向?qū)е碌慕Y果偏差”等重大課題。VS1800的解決對策是通過參照國際標準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準，從而受到了各界的關注。

■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)需求選擇最佳的測量系統(tǒng)有利于生產(chǎn)率的提高。

優(yōu)點

1、高分辨率、大范圍

采用獨創(chuàng)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（最大測量視野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）

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。

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構及層內(nèi)部進行的異物測量，VS1800能夠以無損傷方式進行。對于透明層結構樣品，利用透鏡的高度坐標以及各界面產(chǎn)生的反射光，通過各光學界面出現(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，可以當場確認處理后的圖像。可以簡單地將處理及分析內(nèi)容列表、生成原始分析庫、重復使用分析庫等。還支持數(shù)據(jù)的批量處理，統(tǒng)一管理多個樣品及分析結果，減輕繁雜的后處理程序。

此外，導入表面形貌評估方法的國際標準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。

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行，根據(jù)用途輕松引進系統(tǒng)

規(guī)格

技術指標

軟件一覽

應用實例①　材料加工領域的觀察例

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)量管理方面起著關鍵作用。此外，當多層膜等產(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光學干涉測量系統(tǒng)VS1800進行各種測量的實例。

光學薄膜

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必不可少的項目。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)部的結構，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行高精度測量。 此外，關于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，能以無損傷方式進行評估，因此無需制作截面，即可確認哪個層發(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“標準測量模式”，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

應用實例②　多層膜的氣泡、 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實例。

通過界面分析評估氣泡

使用納米尺度3D光學干涉測量系統(tǒng)VS1800進行測量，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能以無損傷方式進行界面分析。

觀察界面分析結果（c），可確認到與樣品結構（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光學干涉測量系統(tǒng)VS1800進行測量，能夠確認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。

應用實例③　電鍍觀察例

隨著各種電子零配件實現(xiàn)微細化，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，使用普通的光學觀察儀器可以進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光學干涉測量系統(tǒng)/CSI）進行觀察及測量所得結果如圖所示。

對比FlexSEM 1000/AFM5500 M的觀察及測量結果，可了解到SEM觀察的形狀在AFM測量結果中也能看到同樣的捕捉信息。此外，還可看出AFM與CSI的算術平均粗糙度Sa顯示幾乎相同的數(shù)值，納米尺度3D光學干涉測量系統(tǒng)可同樣測量出AFM所捕捉的微細形狀。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進行觀察和測量，可實現(xiàn)多方面評估。

應用實例④　摩擦學性能評估示例

件的低磨損性需求，要求進行更精確、更精密的摩檫學性能評估。納米尺度3D光學干涉測量系統(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。在摩檫學性能評估中，根據(jù)三維測量結果進行負荷曲線分析，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果

圖2 使用劣化油時的形貌測量結果

然后進行負荷曲線分析。進行分析時，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 使用新油時的負荷曲線分析結果

圖4 使用劣化油時的負荷曲線分析結果