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004一波中特:尼康显微镜:反射光DIC显微镜

2013-10-16  发布者:admin 

相比在透射光一波中特打一肖采用的典型配置,关键的仪器参数反映(或落射)光微分干涉对比(DIC)是要简单得多,主要是因为只有一个的双折射诺马斯基或沃拉斯顿棱镜需要,物镜服务作为聚光镜和图像形成光学系统。由于的显微镜物镜,利用Nomarski棱镜干涉图案投射到的物镜的后侧焦点面,同时定位在聚光镜照明透镜系统的焦平面上所发挥的双重作用。

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一波中特打一肖检查不透明的样品,通常是高反射性的,因此,不吸收或发送一个显着量的入射光采用的最常用的技术之一。山坡,山谷,和其他的试件表面上的不连续性产生光程差,被变换到的振幅或强度的变化,揭示了地形轮廓的反射光DIC的显微镜。用透射光及半透明的相位标本的情况不同,在反射光中的DIC创建的图像往往可以被解释作为一个真正的三维表示的表面几何形状,提供了一个明显的区别在升高和降低的区域之间可实现标本。

在图1中的反射光微分干涉显微镜中的关键光学传动系部件的示意剖面图。由光源产生的照明光圈和视场光阑(未图示),在一个垂直的落射照明器通过前遇到一个线性偏振器的透射轴面向东 - 西相对于显微镜帧定位。在以45度的角度,入射光束的下一个半反射镜的表面反射的直线偏振光的光出射偏振器。偏转的光波,正在沿显微镜光轴,输入利用Nomarski棱镜容纳上述显微镜物镜转换器,它们被分为偏振正交分量,根据双折射棱镜的几何形状和剪切中的物镜。

代理在高数值孔径的能力,完全对齐,光学校正照明聚光镜,显微镜物镜的重点剪切正交利用Nomarski棱镜所产生的波阵面的表面上的不透明试样。反射的波阵面,遇到不同的光程差为一个函数的试样表面形貌,由物镜收集,并集中在利用Nomarski棱镜,它们再结合,以消除剪切干涉平面。退出后利用Nomarski棱镜,波阵面通过一条直线轨迹上的半透半反镜,然后遇到分析仪(第二偏振片)的透射轴方向在南北方向。平行分析仪发送矢量的正交波阵面的组件是能够通过在一个共同的方位,并随后经过在目镜固定膜片的平面内,生成振幅波动,形成DIC图像的干扰。形成最终图像的微分干涉显微镜是两个不同的波阵面到达的图像的平面略高出相位彼此之间的干扰的结果,不是一个简单的代数求和朝向图像平面反射的强度,为的是与其他成像模式的情况下。

甲微分干涉对比在透射和反射的光镜之间的显着差异是两个利用Nomarski(或渥拉斯顿)的棱镜束剪切和重组前的技术所需要的,而只有一个棱镜的反射光的配置是必要的。光穿过两次相同的Nomarski棱镜,在相反的方向行驶,与反射光DIC。当光波通过棱镜的物镜的方式产生的剪切在他们回国后,从试样表面通过棱镜的第二次旅程取消。在这方面,利用Nomarski棱镜和物镜为第一棱镜和聚光光学系统中的透射光显微镜的输入的光波的相同的功能。同样地,收集从样品表面反射的光由物镜聚焦到利用Nomarski棱镜干涉平面(共轭的物镜的后侧焦点面),类似的方式,在透射光中的这些组件的功能。

在图2(a)和图2(b)分别示出的光学路径,既为整个波前字段和一个单一的离轴光线,在反射光中的DIC的显微镜。在每一种情况下,从偏振片的直线偏振光,由半反射镜偏转,并进入位于后面的物镜利用Nomarski棱镜。剪切的波阵面聚焦的物镜系统,洗澡是反映在一个扭曲的波阵面(图2(a))或不透明的梯度(图2(b))的档案的形式返回到物镜中的检体的照明镜头前。正交波阵面之间产生的光程差,使一些重组光穿过分析仪,以形成DIC图像。在图2(b)中,请注意,显微镜的光学轴的距离相等的光线从表面反射的光入射在试件上的位移的轨迹。

用于用透射光工具使用的相同的方法,在制造中采用的反射光DIC的显微镜沃拉斯顿和利用Nomarski棱镜。反射光的双折射棱镜是由两个精密研磨和抛光的光学石英楔形板的形状是相同的,但有不同的光轴的取向。在渥拉斯顿棱镜中,胶合在一起的石英楔在斜边与定位的光轴互相垂直的一个方向。相反,在利用Nomarski棱镜,一个楔形的轴线是平行的平坦表面,而其他的楔的轴线倾斜的方向。作为几何约束的结果,为渥拉斯顿棱镜的干涉平面位于中心附近的石英楔(复合棱镜内)之间的接合处,但利用Nomarski棱镜干涉平面定位在空间中的远程位置,棱镜外本身。入射的直线偏振光的光的波(平行于光轴的显微镜)输入渥拉斯顿或利用Nomarski棱镜分成两个互相垂直(正交)分量,称 ??为普通特殊的波,这具有相同的幅度(70.7%的原始极化波)和相干(提供,当然,也是连贯的照明源)。为了产生正交分量具有相等的幅度,进入利用Nomarski或渥拉斯顿棱镜的直线偏振光的方向与电矢量的振动方向定位在相对 ??于主要在上部楔形棱镜的光轴成45度角。

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正交的波阵面的角度分割或剪切发生在一个Wollaston棱镜中的胶结石英楔之间的边界,和波成为剪切角的角度定义为空间上分开的。在这个边界,普通和特殊波交换身份和发散远离对方作为一个函数所经历的每一波,因为它穿越石英棱镜的折射率。剪切角和分离距离是恒定的整个面部的棱镜的所有事件的波阵面,无论的入口点。波阵面的剪切的方向被定义由棱镜剪切轴,在于渥拉斯顿棱镜的平面和平行于光轴的低级石英楔部。利用Nomarski棱镜,具有倾斜的光轴的楔产生的波阵面的剪切上面的石英空中接口,并负责定义剪切轴。

利用Nomarski和渥拉斯顿棱镜不仅分离成两个正交分量的直线偏振光,它们还产生一个在每个波前的相对相移(通常称为光程差)相对于另一方。与输入光束的剪切方向的位置变化而线性变化的波阵面之间的相移的程度。因此,可以横向翻译棱镜沿着光轴的显微镜在剪切方向(在这个过程被称为引入偏置相位差),使调整引入的正交波分量之间的光程差。以这种方式,在图像中的相对强度的微调可以被操纵,以产生DIC的显微镜是那么广为人知的独特的阴影铸外观。图像显示,如果他们从一个非常斜的光源从单一方位照亮。

因为在传统的渥拉斯顿棱镜的干涉平面被定位在棱镜的中央部,在约之间的中心线的两个石英楔,它是很难适应当前棱镜的设计,用于与标准的显微镜的物镜,在反射光中的DIC的显微镜。该问题是因为棱镜的干涉平面必须一致,并且重叠的物镜,这往往在于以下的玻璃透镜元件的内螺纹安装的后侧焦点面。另一方面,外部利用Nomarski棱镜的干涉平面位移,因为它们可以定位一段距离(例如,在物镜转换器),仍然建立一个物镜的后侧焦点面之间的共轭关系,使它们适合用于使用显微镜物镜的化合物棱镜干涉平面。在DIC显微镜的反射光,利用Nomarski棱镜是定向的,从而使干扰的平面垂直于显微镜的光轴(是物镜的后侧焦点面)。

普通和特殊的波阵面进行试样通过利用Nomarski棱镜经验的光学路径差的大小取决于波的位置,因为它进入棱镜。的波阵面后退出棱镜,它们从后方进入物镜系统(作为照明聚光镜),并聚焦到一个平行的轨迹投射到试样前。的正交波阵面从水平,不透明的试样的反射返回他们的物镜,但前透镜的相对侧上,从光轴的距离相等(参见图2(b))。由物镜聚集的波都集中在利用Nomarski棱镜干涉平面(同样在下降途中的相反侧)中的相移,这导致,正好抵消原来的差异产生的波前进入物镜。其结果是,入射波和反射波的结果,在取消的相对相位的位置交换,转移在整个显微镜的光圈。此类型的系统被称作是自补偿,产生的图像具有均匀的强度。可以补偿的反射光的DIC系统相比,透射光,其中两个匹配的,但反转,利用Nomarski或渥拉斯顿棱镜用于剪切和重组光束。在透射光的配置,聚光镜棱镜(通常被称为补偿棱镜)成像到在每一点上沿棱镜的表面相匹配的物镜棱镜(为主体棱镜),使光程差。因此,在透射光的配置,本金和补偿棱镜是分开的,而在反射光中的DIC的显微镜的主要棱镜服务功能的补偿棱镜。

光波反射DIC的显微镜必须至少是适度的,以提供统一的补偿,在整个波束宽度为两个所需的穿过棱镜准直,以确保在试样引入的道和反射边界可以被检测到的相位差。因为管的光束通过棱镜的第一个阶段上所经历的相位差的反射光束的精确补偿的途径,需要免费的棱镜部,通过沿 为了确保准直的光束,必须正确地配置在显微镜科勒照明,以保证输入波是平行的(或接近)于光轴。不善的准直的输入光束将导致不均匀跨棱镜补偿(和由此产生的图像),并破坏了独特的正交分量在每个图像点之间的相位关系。

反光镜下解剖

垂直照明反射光显微镜,包括各种形式的明,暗场,偏光,荧光,微分干涉对比的一个关键组成部分。的反射光(通常被称为同轴,或)的大多数普遍的研究级显微镜照明器可以被添加到看台上,由制造商提供。垂直照明器的主要功能是半相干,准直的光波产生和直接的显微镜物镜,随后的后孔,到试样表面上。物镜收集的反射光波,然后前往在最透射光显微镜利用一个类似的途径。的垂直照明灯的一个关键部件是一个部分反射平面镜(以下简称为半透半反镜 ;见图3),光偏转到垂直的成像元件在显微镜的光学列车旅客从水平方向的照明灯90度。半透半反镜,这是在以45度的角度相对于照射器和显微镜光轴取向,也允许向上方行进的光从物镜通过不偏离的目镜和相机系统。

多种成像应用而设计的现代垂直照明通常包括一个聚光透镜准直系统和控制从光源。另外,这些发光体含有孔径光阑和一个预聚焦,定心的视场光阑,使显微镜科勒照明(图3)的操作。垂直照明也有众多的插槽和开口插入光平衡和中性密度滤光片,偏光片,补偿器,和荧光过滤器组合装在立方体形框架。配置为与无限远校正的物镜时,垂直照明装置配备的管透镜(参见图1),将光线聚焦波转换成中间像平面。卤钨灯和电弧放电lamphouses的都可以利用与垂直照明器(通常是可互换的),提供宽范围的照度和光谱特性。

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光源的反射光显微镜(包括DIC成像模式)的最流行的选择是无处不在的卤钨灯,其特点是成本相对较低,使用寿命长。白炽灯卤素灯适度明亮,但要求色彩平衡过滤器,以提高他们的数字成像和传统的显微摄影胶片色温日光水平。另一种选择,可在高放大倍率和非常低的偏置的迟缓值(光照强度是关键),75或150瓦的氙弧放电灯。氙气灯的亮度在整个可见光光谱中,设有一个高层次,颜色,接近日光平衡所需的值的温度下输出。

当钨卤或电弧放电灯的白光从用于DIC的显微镜在反射光的照射,地形的变化与试样中的干涉条纹实际上可以在狭窄的彩虹图案显示各种颜色沿的功能相消干扰的表面上的稍微不同的位置。使用更窄的波长频带的照明在专门的应用程序(例如,从激光发射的光),将产生一个设立的单一波长的干扰条纹的DIC图像。这些条纹会更清晰,更明确的,并且它们的位置将不依赖于检测器的光谱响应。

如图4中所示明,暗场中捕获的一个微处理器集成电路的表面上键合线焊盘附近的区域的图像,微分干涉对比使用垂直照明的照明和反射光。的明视场图像(图4(a)条)遭受从一个显着缺乏对比度电路的细节,但提供了一个通用的总体特征的轮廓的表面上存在。暗场照明(图4(b))揭示了比明场只是稍微更详细地,但不暴露附近的垂直总线线(中央右手侧的图像),在左边的键合焊盘的边缘的不连续性。微分干涉对比图像(图4(c))产生一个更完整的分析的表面结构,包括键合焊盘的颗粒质地,从键合焊盘连接到总线线,在该电路的左侧的许多精细的细节右侧的图像。

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科勒照明的反射光显微镜依靠两个变量隔膜定位于垂直照明。基本的系统被构造为使得灯丝的图像被聚焦的孔径光阑上面的平面,它是共轭的物镜(灯丝也可以同时观察重点)的后侧焦点面。视场光阑,以确定照明光束的宽度,被定位在相同的共轭面作为试样的固定光阑的目镜。孔径光阑更接近光源,而视场光阑的物镜(从透射照明采用相反的配置)。微分干涉对比特别取决于科勒照明,以确保遍历利用Nomarski棱镜波被准直和均匀地分散于显微镜的光圈,以产生高的对比度水平。

在大部分的反射光显微镜,视场光阑,可以通过部分关闭光圈的定心螺钉或旋钮相邻的光圈开度控制杆通过一组翻译的整个膜片的光学路径中的中心。在实践中,应打开,直到它外面的视场或在胶片上或在数字图像中被捕获的区域的视场光阑。视场光阑的主要目的,是视场的大小来控制,模糊试片细节,以防止杂散光。结合与视场光阑,孔径光阑确定的照明锥几何形状,因此,光的角度撞击试样从所有方位。可变光阑的大小可以是调制来调整标本的对比,一般应设置为一个大小是在60?80%的物镜后孔。这样的设置,提供最高的分辨率和可以接受的对比度之间的最佳折衷。

反射光DIC显微镜配置

微分干涉对比,因为组件必须精确匹配的光学系统,改造现有的反射光显微镜,在设计时没有对DIC,是不希望的方法。相反,现在所有的主要的显微镜制造商提供工业和研究级显微镜配备垂直照明和必要的辅助光学组件(通常是销售工具包),以装备显微镜DIC观察。微分干涉对比显微镜的光学系统,仪器设计几种不同的方法已经取得了进入引进偏见迟缓的两个备选方案。

建立反射光DIC的传统的方法是采用连接到一个移动的滑架内的矩形框(通常被称为滑块),适合进入显微镜物镜转换器的基础上,上述的循环物镜转盘(图5(a)和图5 利用Nomarski棱镜(b)段)。在本设计中,偏置相位差通过旋转拇指轮,反过来,把利用Nomarski棱镜来回横向穿过显微镜光轴滑动件的端部定位在被引入。一种替代技术,称为德Sénarmont补偿(参见图6),利用单独的固定棱镜的每个物镜(图5的(d)),并与线性偏振器(图5(c)的组合中的四分之一波长的相位差板),以引入正交的波阵面之间的光程差(偏置相位差)。

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所有显微镜的设计,采用的垂直照明灯的反射光观察患有从照明器在系统中的光学元件的表面的反射所产生的杂散光的问题。特别是,利用Nomarski棱镜的上部和下部的平面表面产生恼人的反射,产生过多的眩光和降低图像质量可能会产生问题。为了对付这种效果,利用Nomarski棱镜反射光显微镜设计制作,从而使干涉平面被定位在相对于棱镜的剪切轴的角度(参见图2(b)条)。当干扰专门利用Nomarski棱镜的平面被带进与物镜通过其定位滑动框架或固定外壳内部的后侧焦点面(垂直于显微镜的光学轴)重合,平坦的外楔面正在相对于轴向倾斜的照明通路(图1,图2(b),图5(a))。其结果是,反射改行相差的半透半反镜,试样,目镜,摄像系统,以便不会产生不利影响的图像强度和对比度。

在现代显微镜,物镜焦平面和在物镜转换器上的就座面之间的距离是一个恒定值,通常称为齐焦距离。因此,一个单一的利用Nomarski棱镜常??梢员话沧霸谝桓龉潭ǖ木嗬?,从物镜的座椅(后侧焦点面)上的物镜转换器在一个滑块帧,和服务的整个放大倍率范围问候梁剪切和重组的职责。在某些情况下,特别是在较高的放大倍数,物镜的后侧焦点面的位置的变化,可以被容纳的利用Nomarski棱镜内的滑动件(图5(a)和图5(b)中示出)的轴向平移。这通常是用旋钮或控制杆重新定位整个棱镜组件的向上和向下沿显微镜光轴。利用一个单一的DIC棱镜的反射光显微镜,通过显微镜光轴指轮横向平移棱镜,能够引进偏置迟缓。整个利用Nomarski棱镜滑块可以从光路中移除时,在显微镜用于其他成像模式(明场,偏光,暗场,荧光)。

显微镜配有一个单一的可翻译的Nomarski棱镜在物镜转换器只需要一个偏振器和分析器作为随附的成分,以微分干涉对比成像模式下操作。通常是安装在一起的偏振片用齿条与小齿轮或行星齿轮组成薄的矩形框,以使发送方位角可以旋转360度,指轮。被引入到的视场光阑和通过垂直照明器中的一个插槽的半透半反镜之间的光路上的偏振片帧。同样,分析仪也可以被安置在一帧中,使透射轴的旋转。分析器帧通常是放在插入插槽中,在物镜转换器或附近的垂直照明器的上部中的管透镜。在某些情况下,无论是在分析仪或偏振器被安装在一个固定的框架,不允许旋转,但大多数显微镜能够旋转不透明试样,为了补偿传输中的至少一个偏振片的方位角为操作者提供吸收光。容纳在滑块帧中的偏振器和分析器,使操作人员可以方便地从光路的其他成像模式中删除。当偏振片保持在原位,并利用Nomarski棱镜取出滑块被配置为,在显微镜观察中的偏振反射光模式。

偏置相位差引入的反射光DIC显微镜的光学系统的一种替代机制耦合去Sénarmont补偿器中的固定位置利用Nomarski棱晶(图图5(c),图5(d)和图6中示出的垂直照明)的物镜。在去Sénarmont配置中,每一个物镜都配有专门设计与剪切距离这一物镜的数值孔径相匹配的个人利用Nomarski棱镜。棱镜粘到帧,并装在一个防尘组件,安装的物镜和显微镜物镜转换器(图5(D))之间。拧入利用Nomarski棱镜壳体,然后将其固定到物镜转换器的物镜。是用来移动一个小的杆移入和移出的光学路径(图5(d)中棱镜位置杆)棱镜帧。由于利用Nomarski棱镜去SénarmontDIC显微镜配置所需的数量增加,这些配件比滑动棱镜在一个传统的反射光利用Nomarski DIC显微镜相当昂贵。

图6给出的反射光DIC显微镜配备去Sénarmont补偿的光学列车。来自照明源的光由聚光透镜聚焦,并通过光圈和视场光阑之前遇到线性偏振器的垂直照明。直接位于后面的偏振器中的光学路径是固定到位置的快轴取向的东 - 西相对于显微镜帧为四分之一波长的相位差板。在一起,在偏振片和相位差板包括Sénarmont的补偿器(图5(c))。当偏振器传输的相位差板的在去Sénarmont补偿器的快轴方位平行排列的直线偏振光从组件,在一个90度的角偏转,由半透半反镜垂直照射器进入的通路的在显微镜的成像元件。

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后偏振光波到达半透半反镜被偏转,显微镜光学列车的其余部分类似的方式反射光显微镜的传统DIC。因此,直线偏振光透过的反射光显微镜上的向下行程,第一次遇到的固定利用Nomarski棱镜和棱镜楔形件的几何形状被剪切。被聚焦后由物镜元件和投射到不透明试样,光被反射回的物镜收敛在后侧焦点面上的(与利用Nomarski棱镜干涉平面重合)。上面的棱镜干涉平面复合剪切的波阵面,并进行分析仪,其中平行传输方位角的组件被传递到中间像平面。在图像平面上,从分析仪上,以产生DIC图像的过程中出现的波阵面之间的发生和相消干涉。

偏置相位差被引入到反射光SénarmontDIC系统简单地通过旋转的线性偏振器的垂直照明。通过旋转偏振器的传输相对于相位差板的快轴的方位角,椭圆和圆偏振光具有正交的波阵面之间的光程差产生的。当偏振器的轴旋转到45度,在一个方向上,惯用右手的椭圆形或圆形偏振器的光的出现从去Sénarmont补偿。在相反的方向旋转偏振器产生具有左手系的旋转意义上的椭圆形或圆形的波阵面。正交波阵面时,输入的Nomarski棱镜和整个面部的棱镜剪切引入通过旋转偏振器(在一个范围内的加或减二分之一波长)的光程差被进一步复杂化。介绍在去Sénarmont补偿器的光程差是物镜利用Nomarski棱镜翻译跨在一个传统的DIC显微镜配置的光路时的效果类似。

反射光的DIC标本和图片的特点

在反射光中的DIC的显微镜,由一个不透明的试样产生的光程差依赖于该标本的地形的几何轮廓(表面浮雕)和相位延迟,剪切变形的正交波阵面由表面反射的结果。对于大多数的标本与DIC成像,表面浮雕变化只在一个相对狭窄的范围的限制(通常以纳米或微米),因此,这些样品可以与浅的光学路径的幅度变化的梯度被认为是基本持平在整个扩展的表面。相位变化发生在反射边界中存在的试样,也产生和光程差,导致在DIC图像的对比度增加。这些相位差异更容易找到在不同介质之间的交界处,如金属和合金,或铝和金属氧化物的半导体集成电路的区域中的晶界和相变。

反射光DIC的显微镜虽然已经大量雇用审查金相试样,在过去的几年中,目前应用最广泛和最重要的是考试的半导体产品在制造过程中的质量控制措施。事实上,现在大部分的厂家提供专为DIC,明场,暗场照明的积体电路晶圆检查显微镜。DIC成像,使得技术人员能够准确地检查大量的晶圆缺陷,没有透露其他显微镜技术(如图4所示)。晶片表面的几何轮廓的微小变化会出现在阴影浮雕,并实现最大图像对比度时,利用Nomarski棱镜设置调整,以呈现中性灰色的背景颜色。

沿显微镜光轴当利用Nomarski棱镜翻译在一个传统的反射光DIC的配置,或偏振器是转动解Sénarmont仪器,被引入的光程差剪切的波阵面,它被添加到所创建的路径差正交的波阵面从试样表面的反射。最终的结果是使标本图像伪立体浮雕,增加光程差(表面浮雕或反射边界)区域显得更亮或更暗,表现出路径长度减小出现反向。在试样表面上的显着特征出现类似升高的高原或凹陷的凹部,根据梯度方向或反射特性的。透射光DI??C的情况不同,立体的外观往往可以用作一个指标,实际试样的几何形状,在真实的地形特征也相梯度变化的网站。

的阴影铸造方向是存在于几乎每一个相位差偏置后的光学系统已被引入,产生的反射光DIC的显微镜图像。此外,光学剪切方向是明显的,可以被定义为连接的最高和最低亮度值的图像显示区域的轴线。表面特征变得明显区分因为阴影的方向往往是扭转试样的详细信息,具有无论是较高或较低的比周围表面的地形剖面。由于利用Nomarski棱镜设计和其他限制,涉及用于DIC的显微镜的反射光的波阵面取向的剪切轴是固定的,轴方向不能改变,以影响通过一个简单的设置在显微镜标本的对比。但是,剪切的波阵面的相对相位之间的相位差是可以逆转的搬迁利用Nomarski棱镜,显微镜光轴的一侧的另一个(从负到正,或反之亦然)的转移偏置相位差值。可以完成同样的机动旋转偏振器到相应的负值上解Sénarmont补偿。当相位延迟刚才所描述的改变,亮暗图像边缘的方向扭转180度。

反射光DIC图像取向的影响

正如上面所讨论的,反射光DIC图像本身赋予具有明显的方位角的效果,这是利用Nomarski光束分离棱镜相对于显微镜的光学轴与偏振片的非对称取向的结果。其结果是,许多不透明的标本成像在微分干涉对比有一个先决条件,以实现最大对比度(平行或垂直于剪切轴)试料旋转时,限制自由取向限制。高度有序的半导体有无数的扩展,线性区域紧密间隔的周期性结构混合,这一点尤为重要。

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方位对比效果,可以用来反射光微分干涉对比显微镜装备优势,通过一个360度旋转的圆形舞台。在偏振光显微镜的一个基本要素,循环阶段相对于剪切轴,以便最大化或最小化对选定的试样特性的对比效果,使操作者能转动试样。对比度在反射光中的DIC的显微镜沿剪切方向延伸的线性相位标本达到一个最低水平,但显着通过旋转90度的阶段,可以是多种多样的。非线形冶金标本,如镶嵌晶粒间界,线,非晶合金,结晶球晶,不显示显着的方??位的影响,在反射光中的DIC,通??稍诟鞲龇较蛏狭钊寺獾某上?。

图7中给出的两个半导体集成电路的试样,每一个具有显着量的周期性,但显示了高度的不对称时,成像在反射光中DIC。图7(a)和7(b)示出微处理器靠近焊垫环,其中包含了大量的总线线,接合线片和寄存器的算术逻辑单元的相同区域。当电路被定位焊盘面向垂直长轴与剪切轴(西北向东南为图7中的所有图像),中央梯形区域的公交线路变得很暗,几乎绝迹(图7( a)条),失去了几乎所有可识别的细节。旋转90度(图7(b))的集成电路,突出中央梯形总线结构,但会导致相邻的区域失去对比度。为了捕获该集成电路的表面上存在的所有的细节,最佳的方向是细长的总线结构在显微镜剪切轴以45度的角度定位。

几个掩模对准标记的图像示于图7(c)中提出的半导体表面。标记已经被放置在一个金属的键合焊盘,而另一个由光滑的金属氧化物表面上。这两个标记包含八条线,同样以45度的间隔隔开,并且具有相同的长度。请注意,取向平行于剪切轴的线是非常暗的标记在金属氧化物表面上休息,同时键合焊盘标记的左上角线几乎看不见。面向垂直标记线(东北 - 西南)剪切轴更明亮,更为可见的比具有其它方位的线,,虽然平行和垂直的图像边界线是清晰可见的。

在反射光DIC的显微镜图像对比度和试样取向之间的相关性,往往可以利用优势在扩展线性结构(特别是在半导体检测)的调查。通过在几个方位的捕捉图像,DIC的显微镜往往能提出一个明确的表示复杂的形态存在于许多扩展,线性标本。此外,当被耦合到特定方位的成像光学切片方法,反射光DIC显微镜通??梢苑⑾值墓δ?,是困难的或不可能的,以区别于使用的替代技术。

光学反射光DIC染色

DIC的显微镜在反射光中的剪切的波阵面的偏置之间的相位差可以被操纵,通过使用补偿板,例如一阶(通常称为全波一阶红色)具有等于全波长的相位差值在可见光光谱的绿色区域中(550纳米)。补偿板赋予更大的控制,用于调节有关的背景强度和颜色值中的试片细节的对比度,也使正交的波阵面之间的偏差值的更精确地调整。这些双折射元件也经常采用光学不透明的标本的染色,通常呈现在有限范围内的灰度值。

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光学染色来完成,或通过插入一个全波补偿器后面在解Sénarmont配置的四分之一波长的相位差板可以通过翻译整个由一个显着的距离最大消光的光学路径的利用Nomarski棱镜。可观察到干涉色的全范围的试片细节时,利用Nomarski棱镜翻译极端范围,或偏振器是与日的Sénarmont补偿耦合到一个全波片的旋转。与补偿器代替,背景出现的品红色的颜色,而图像的对比度,在将显示在牛顿的干涉色谱的一阶的黄色和二阶蓝色。在这些条件下,小的变化获得偏置迟缓的翻译的诺马斯基棱镜(或旋转偏光镜在一个Sénarmont补偿),有大型和小型的表面浮雕和反射相位梯度结构中观察到的干涉色产生快速变化。

图8所示的三个样品在反射光中的DIC成像用一个全波的相位差板插入后面的固定棱镜的显微镜配置中去Sénarmont补偿。图8(a)显示在一个高的温度在摄氏950度的温度下生长的无定形的磁通的超导陶瓷的单晶的表面缺陷。虽然在晶体的孪晶缺陷是难以辨别不应用光的染色技术的情况下,这些结晶??的事故变得相当明显,当相位差板的安装时,表现出显着的干涉色的波动。同样,在磁性薄膜的粘合失效时,清楚地成像光学染色技术的采用,在反射光中DIC(图8(b))。分离成像点在电影中出现的壮观的救济,如皱纹,当观察到白光干涉条纹所包围。最后,公交线路的详细信息在图8(C)的集成电路表面上形成了鲜明的色彩对比中脱颖而出。宽的频谱差的色彩效果是可能的DIC的显微镜在反射光中的集成电路,是根据一些因素,包括存在或不存在,四氮化三硅或聚酰亚胺的?;ね坎?,制造材料之间的相位关系,特征线宽制造工艺。

虽然光学染色也可以在透射光DI??C,效果更为有用的反射光的技术,尤其是当检查平的,平面的标本,如集成电路,具有表面浮雕限于相对窄的范围内变化。与此相反的透明的标本成像的透射光,在不透明的标本的表面浮雕是相当于几何厚度。此外,本地化的相位延迟的差异从一个不透明的表面入射的光反射后,可以比作与透射光试样经历的折射率变化。对于许多应用程序在反射光DIC,标本的细节经常叠加在同质化阶段的背景下,一个因素,极大地受益于通过光学染色对比度增强技术(干扰)。成像透射光DI??C是最优的薄的透明的标本,可以有效地利用的范围,在该范围内的光染色是相当小的(有限的几个组分的波长),使这种技术仅用于较厚的标本。

光学切片反射光DIC

把握大物镜的数值孔径值在反射光DIC显微镜的能力,能够从一个集中的形象,明显浅光学部分的创作。该技术没有发生在光学架飞机从焦点中删除从明亮区域的混乱和分散的强度波动,产生清晰的图像,有显着的表面浮雕从一个复杂的三维不透明标本切片整齐。此属性通常以最小的干扰,从模糊的焦平面上的上方和下方的结构,取得清晰的光学部分的表面上的集成电路的个别功能。

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在反射光显微镜中,垂直照明孔径光阑的图像的对比度和分辨率定义中起着重要作用。减小光圈的大小增加的表观深度字段和整体图像的清晰度,同时,产生增强的对比度。但是,如果隔膜被关闭太多,衍射工件变得显而易见,图像强度显着降低,牺牲分辨率。通常情况下,的最佳孔径光阑设置是准确地使标本细节在足够的对比度和保留图像分钟功能所必需的分辨率,而在同一时间避免衍射工件的之间的一种折衷。

该系列的高倍率DIC图像图9中示出在相同的视场重叠的表面结构的三个独立的焦平面上的一个典型的集成电路。在明或暗场照明,经常观察这些结构合并在一起,并且尝试特定的表面细节图像时,会变得相当混乱。图9(a)揭示了一些金属氧化物的上表面上的集成电路,包括通孔(微型垂直层之间的连接)和总线的一部分的终端。再聚焦显微镜测微计的零点几更深公开了许多连接的电路在中心区域(图9(b))。还到更远的电路,应用于以上的纯硅附近的第一层,是一个系列的金属氧化物线点缀着的有序数组通过连接(图9(c)条)。DIC的显微镜的反射光的光学切片能力清楚地表明由客户特定的图像的焦平面的表面上的这种复杂的集成电路。

结论

反射和透射光的微分干涉显微镜的一个基本特征是两个正交的波阵面的剪切组件,要么通过或反射从试样,仅由组分的千分尺(剪切的距离),这是远小于分离的物镜的分辨率。对于观察者,它是看不出来,目镜观察得到的图像是由这两个叠加的组件,因为它们的分离是太分钟要解决的显微镜。然而,图像中的每个点是来自于源自在试样上的相邻点的两个紧密间隔和重叠的艾里磁盘,每个磁盘有一个到其各自的检体诱导的光程差相对应的强度。被描述为图像的对比度,因为它是在试样表面的光路梯度的函数,陡峭的梯度,产生更大的反差。

在反射光DIC的显微镜观察的主要候选对象包括各种各样的金相试样,矿物,金属,合金,金属,半导体,眼镜,聚合物,复合材料。高分辨率所提供的技术已被用来确定标本的细节只有几纳米大小。例如,只有大约30-40纳米高的碳化硅晶体的的螺旋生长错位模式可以拍摄高浮雕,而已经成功地观察到约200纳米厚的薄膜单色黄色钠灯。相变和再结晶过程,可以在反射光中的DIC,以及玻璃和聚合物的表面上的微小的细节检查。

虽然仅限于工业应用主要是工具,反射光微分干涉对比显微镜是一种强大的技术,现在已经在半导体制造领域确立。每年制造的计算机芯片元件的数百万倚重反射光DIC确保质量控制和防止故障的电路,一旦他们已安装。由于检查集成电路的技术人员花了无数个小时,现在仔细显微镜制造商将注意力转向新的设计符合人体工程学的考虑反射光的仪器。其结果无疑将是高度精炼的显微镜,产生极好的DIC图像,同时最大限度地降低运营商必须长时间反复检查相同的标本所经历的不适和神经肌肉疾病。



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