Инжиниринг

Интерференционные лазерные микроскопы МИМ на производстве

Оптические микроскопы, которые первоначально, с самого момента своего появления, использовались преимущественно как лабораторные исследовательские приборы, довольно быстро нашли свое применение в индустрии, в частности, в металлографии. Наряду с традиционными методами изучения структуры шлифов были разработаны технологии изучения поликристаллических структур сплавов и их связей с эксплуатационными характеристиками материала.
6 июля 2012

Область оптической микроскопии, занимающаяся исследованиями искусственных микроструктур, бурно развивалась вместе с развитием полупроводниковой электроники, в которой размеры отдельных элементов год от года стремительно уменьшались. Потребности технологического мониторинга и разработки новых технологий в электронике остро поставили вопрос о пространственном разрешении используемых оптических микроскопов. Вообще, высокое пространственное разрешение, обеспечивающее высокую информативность, востребовано буквально во всех отраслях.

Для классических амплитудных оптических микроскопов предел разрешения в плоскости объекта (латеральное разрешение) принципиально лимитируется величиной порядка половины длины волны используемого света (условие Рэлея), обусловленной дифракцией. Очевидный путь повышения разрешения состоит в использовании все более коротковолнового излучения вплоть до ультрафиолета с длиной волны 157 нм. Для целей фотолитографии такие длины волн используются, что создало технологические предпосылки для создания ультрафиолетовых (УФ) микроскопов. Однако УФ-микроскопы сложны и дороги, требуют особой атмосферы, и их применение вне рамок полупроводниковых технологий в высшей степени нерентабельно.

Уменьшение длины волны света – не единственный путь повышения разрешения оптических микроскопов: так, конфокальные микроскопы воссоздают трехмерную структуру объектов с существенно более высоким разрешением, чем классические микроскопы. Зондовые микроскопы ближнего поля и некоторые виды флуоресцентных микроскопов при использовании специальных технологий «выжигания» также имеют высокое разрешение.

Ограничение Рэлея по разрешению недействительно и для фазовой микроскопии, которая отличается от классической тем, что дает численное значение высоты или толщины объекта, а не распределение яркости, причем разрешение по высоте достигает долей нанометра.

Среди фазовых микроскопических технологий наивысшим латеральным разрешением обладает микроскопия фазового сдвига. Однако ввиду трудностей адекватного проектирования с учетом нетривиальных фазово-поляризационных эффектов и трудности интерпретации полученных результатов при исследовании сложных структур такие приборы не получили пока широкого распространения в мировой промышленности.

Российская компания «Лаборатории АМФОРА» смогла преодолеть большую часть этих трудностей и разработала семейство оригинальных моделей модуляционных интерференционных микроскопов (МИМ). К настоящему времени созданы зрелые конструкции микроскопов уже третьего поколения. Выпущена опытно-промышленная партия отражательных микроскопов МИМ-320, подготовлено производство прибора МИМ-330 с улучшенной эргономикой и расширенным набором сменной оптики. С полным списком характеристик приборов и примерами его применения можно ознакомиться на сайте www.amphoralabs.ru.

Здесь мы приведем в качестве примеров использования микроскопов МИМ в промышленности результаты измерений неметаллических включений в нержавеющей стали (рис.1), и результат измерения морфологии вертикальной стенки субмикронной канавки в кремнии (рис. 2).

Включения оксидов в шлифе нержавеющей стали действуют как праймеры коррозии, что чрезвычайно важно для последующей эксплуатации. Снимки получены на МИМ второго поколения за 30 секунд, а МИМ-320 сделает такие снимки за 0,3 секунды. Здесь следует подчеркнуть, что микроскопы МИМ чувствительны к изменению материала объекта и поэтому легко отличают оксиды от стали. При этом обычный оптический микроскоп подобные включения не различает – показывает просто гладкую поверхность шлифа. Другая альтернативная технология, которая сможет справиться с такой задачей, – сканирующий электронный микроскоп с рентгеновским спектрографом, цена прибора кратно выше и время исследования – рабочий день.

Здесь стоит обратить внимание на чувствительность микроскопа МИМ к отклонениям от вертикали. За 2-3 минуты на приборе получены данные о шероховатости вертикальной стенки. При этом альтернативная технология – атомно-силовой микроскоп со специально выращенными «усами» на кантилевере и ценой около 1,2 млн. долл. Время работы – рабочая неделя, результаты совпадают.

Адрес: 123007, г. Москва, ул. 5-я Магистральная, 11, офис 11

Тел./факс: (495) 940-19-09, 276-19-09

Веб-сайт: www.amphoralabs.ru

e-mail: info@amphoralabs.ru

На правах рекламы