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尼康顯微鏡:反射光DIC顯微鏡

2013-10-16  發布者:admin 

相比在透射光顯微鏡采用的典型配置,關鍵的儀器參數反映(或落射)光微分幹涉對比(DIC)是要簡單得多,主要是因為隻有一個的雙折射諾馬斯基或沃拉斯頓棱鏡需要,物鏡服務作為聚光鏡和圖像形成光學係統。由於的顯微鏡物鏡,利用Nomarski棱鏡幹涉圖案投射到的物鏡的後側焦點麵,同時定位在聚光鏡照明透鏡係統的焦平麵上所發揮的雙重作用。

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反射光顯微鏡檢查不透明的樣品,通常是高反射性的,因此,不吸收或發送一個顯著量的入射光采用的最常用的技術之一。山坡,山穀,和其他的試件表麵上的不連續性產生光程差,被變換到的振幅或強度的變化,揭示了地形輪廓的反射光DIC的顯微鏡。用透射光及半透明的相位標本的情況不同,在反射光中的DIC創建的圖像往往可以被解釋作為一個真正的三維表示的表麵幾何形狀,提供了一個明顯的區別在升高和降低的區域之間可實現標本。

在圖1中的反射光微分幹涉顯微鏡中的關鍵光學傳動係部件的示意剖麵圖。由光源產生的照明光圈和視場光闌(未圖示),在一個垂直的落射照明器通過前遇到一個線性偏振器的透射軸麵向東 - 西相對於顯微鏡幀定位。在以45度的角度,入射光束的下一個半反射鏡的表麵反射的直線偏振光的光出射偏振器。偏轉的光波,正在沿顯微鏡光軸,輸入利用Nomarski棱鏡容納上述顯微鏡物鏡轉換器,它們被分為偏振正交分量,根據雙折射棱鏡的幾何形狀和剪切中的物鏡。

代理在高數值孔徑的能力,完全對齊,光學校正照明聚光鏡,顯微鏡物鏡的重點剪切正交利用Nomarski棱鏡所產生的波陣麵的表麵上的不透明試樣。反射的波陣麵,遇到不同的光程差為一個函數的試樣表麵形貌,由物鏡收集,並集中在利用Nomarski棱鏡,它們再結合,以消除剪切幹涉平麵。退出後利用Nomarski棱鏡,波陣麵通過一條直線軌跡上的半透半反鏡,然後遇到分析儀(第二偏振片)的透射軸方向在南北方向。平行分析儀發送矢量的正交波陣麵的組件是能夠通過在一個共同的方位,並隨後經過在目鏡固定膜片的平麵內,生成振幅波動,形成DIC圖像的幹擾。形成最終圖像的微分幹涉顯微鏡是兩個不同的波陣麵到達的圖像的平麵略高出相位彼此之間的幹擾的結果,不是一個簡單的代數求和朝向圖像平麵反射的強度,為的是與其他成像模式的情況下。

甲微分幹涉對比在透射和反射的光鏡之間的顯著差異是兩個利用Nomarski(或渥拉斯頓)的棱鏡束剪切和重組前的技術所需要的,而隻有一個棱鏡的反射光的配置是必要的。光穿過兩次相同的Nomarski棱鏡,在相反的方向行駛,與反射光DIC。當光波通過棱鏡的物鏡的方式產生的剪切在他們回國後,從試樣表麵通過棱鏡的第二次旅程取消。在這方麵,利用Nomarski棱鏡和物鏡為第一棱鏡和聚光光學係統中的透射光顯微鏡的輸入的光波的相同的功能。同樣地,收集從樣品表麵反射的光由物鏡聚焦到利用Nomarski棱鏡幹涉平麵(共軛的物鏡的後側焦點麵),類似的方式,在透射光中的這些組件的功能。

在圖2(a)和圖2(b)分別示出的光學路徑,既為整個波前字段和一個單一的離軸光線,在反射光中的DIC的顯微鏡。在每一種情況下,從偏振片的直線偏振光,由半反射鏡偏轉,並進入位於後麵的物鏡利用Nomarski棱鏡。剪切的波陣麵聚焦的物鏡係統,洗澡是反映在一個扭曲的波陣麵(圖2(a))或不透明的梯度(圖2(b))的檔案的形式返回到物鏡中的檢體的照明鏡頭前。正交波陣麵之間產生的光程差,使一些重組光穿過分析儀,以形成DIC圖像。在圖2(b)中,請注意,顯微鏡的光學軸的距離相等的光線從表麵反射的光入射在試件上的位移的軌跡。

用於用透射光工具使用的相同的方法,在製造中采用的反射光DIC的顯微鏡沃拉斯頓和利用Nomarski棱鏡。反射光的雙折射棱鏡是由兩個精密研磨和拋光的光學石英楔形板的形狀是相同的,但有不同的光軸的取向。在渥拉斯頓棱鏡中,膠合在一起的石英楔在斜邊與定位的光軸互相垂直的一個方向。相反,在利用Nomarski棱鏡,一個楔形的軸線是平行的平坦表麵,而其他的楔的軸線傾斜的方向。作為幾何約束的結果,為渥拉斯頓棱鏡的幹涉平麵位於中心附近的石英楔(複合棱鏡內)之間的接合處,但利用Nomarski棱鏡幹涉平麵定位在空間中的遠程位置,棱鏡外本身。入射的直線偏振光的光的波(平行於光軸的顯微鏡)輸入渥拉斯頓或利用Nomarski棱鏡分成兩個互相垂直(正交)分量,稱 ​​為普通特殊的波,這具有相同的幅度(70.7%的原始極化波)和相幹(提供,當然,也是連貫的照明源)。為了產生正交分量具有相等的幅度,進入利用Nomarski或渥拉斯頓棱鏡的直線偏振光的方向與電矢量的振動方向定位在相對 ​​於主要在上部楔形棱鏡的光軸成45度角。

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正交的波陣麵的角度分割或剪切發生在一個Wollaston棱鏡中的膠結石英楔之間的邊界,和波成為剪切角的角度定義為空間上分開的在這個邊界,普通和特殊波交換身份和發散遠離對方作為一個函數所經曆的每一波,因為它穿越石英棱鏡的折射率。剪切角和分離距離是恒定的整個麵部的棱鏡的所有事件的波陣麵,無論的入口點。波陣麵的剪切的方向被定義由棱鏡剪切軸,在於渥拉斯頓棱鏡的平麵和平行於光軸的低級石英楔部。利用Nomarski棱鏡,具有傾斜的光軸的楔產生的波陣麵的剪切上麵的石英空中接口,並負責定義剪切軸。

利用Nomarski和渥拉斯頓棱鏡不僅分離成兩個正交分量的直線偏振光,它們還產生一個在每個波前的相對相移(通常稱為光程差)相對於另一方。與輸入光束的剪切方向的位置變化而線性變化的波陣麵之間的相移的程度。因此,可以橫向翻譯棱鏡沿著光軸的顯微鏡在剪切方向(在這個過程被稱為引入偏置相位差),使調整引入的正交波分量之間的光程差。以這種方式,在圖像中的相對強度的微調可以被操縱,以產生DIC的顯微鏡是那麽廣為人知的獨特的陰影鑄外觀。圖像顯示,如果他們從一個非常斜的光源從單一方位照亮。

因為在傳統的渥拉斯頓棱鏡的幹涉平麵被定位在棱鏡的中央部,在約之間的中心線的兩個石英楔,它是很難適應當前棱鏡的設計,用於與標準的顯微鏡的物鏡,在反射光中的DIC的顯微鏡。該問題是因為棱鏡的幹涉平麵必須一致,並且重疊的物鏡,這往往在於以下的玻璃透鏡元件的內螺紋安裝的後側焦點麵。另一方麵,外部利用Nomarski棱鏡的幹涉平麵位移,因為它們可以定位一段距離(例如,在物鏡轉換器),仍然建立一個物鏡的後側焦點麵之間的共軛關係,使它們適合用於使用顯微鏡物鏡的化合物棱鏡幹涉平麵。在DIC顯微鏡的反射光,利用Nomarski棱鏡是定向的,從而使幹擾的平麵垂直於顯微鏡的光軸(是物鏡的後側焦點麵)。

普通和特殊的波陣麵進行試樣通過利用Nomarski棱鏡經驗的光學路徑差的大小取決於波的位置,因為它進入棱鏡。的波陣麵後退出棱鏡,它們從後方進入物鏡係統(作為照明聚光鏡),並聚焦到一個平行的軌跡投射到試樣前。的正交波陣麵從水平,不透明的試樣的反射返回他們的物鏡,但前透鏡的相對側上,從光軸的距離相等(參見圖2(b))。由物鏡聚集的波都集中在利用Nomarski棱鏡幹涉平麵(同樣在下降途中的相反側)中的相移,這導致,正好抵消原來的差異產生的波前進入物鏡。其結果是,入射波和反射波的結果,在取消的相對相位的位置交換,轉移在整個顯微鏡的光圈。此類型的係統被稱作是自補償,產生的圖像具有均勻的強度。可以補償的反射光的DIC係統相比,透射光,其中兩個匹配的,但反轉,利用Nomarski或渥拉斯頓棱鏡用於剪切和重組光束。在透射光的配置,聚光鏡棱鏡(通常被稱為補償棱鏡)成像到在每一點上沿棱鏡的表麵相匹配的物鏡棱鏡(為主體棱鏡),使光程差。因此,在透射光的配置,本金和補償棱鏡是分開的,而在反射光中的DIC的顯微鏡的主要棱鏡服務功能的補償棱鏡。

光波反射DIC的顯微鏡必須至少是適度的,以提供統一的補償,在整個波束寬度為兩個所需的穿過棱鏡準直,以確保在試樣引入的道和反射邊界可以被檢測到的相位差。因為管的光束通過棱鏡的第一個階段上所經曆的相位差的反射光束的精確補償的途徑,需要免費的棱鏡部,通過沿 為了確保準直的光束,必須正確地配置在顯微鏡科勒照明,以保證輸入波是平行的(或接近)於光軸。不善的準直的輸入光束將導致不均勻跨棱鏡補償(和由此產生的圖像),並破壞了獨特的正交分量在每個圖像點之間的相位關係。

反光鏡下解剖

垂直照明反射光顯微鏡,包括各種形式的明,暗場,偏光,熒光,微分幹涉對比的一個關鍵組成部分。的反射光(通常被稱為同軸,或)的大多數普遍的研究級顯微鏡照明器可以被添加到看台上,由製造商提供。垂直照明器的主要功能是半相幹,準直的光波產生和直接的顯微鏡物鏡,隨後的後孔,到試樣表麵上。物鏡收集的反射光波,然後前往在最透射光顯微鏡利用一個類似的途徑。的垂直照明燈的一個關鍵部件是一個部分反射平麵鏡(以下簡稱為半透半反鏡 ;見圖3),光偏轉到垂直的成像元件在顯微鏡的光學列車旅客從水平方向的照明燈90度。半透半反鏡,這是在以45度的角度相對於照射器和顯微鏡光軸取向,也允許向上方行進的光從物鏡通過不偏離的目鏡和相機係統。

多種成像應用而設計的現代垂直照明通常包括一個聚光透鏡準直係統和控製從光源。另外,這些發光體含有孔徑光闌和一個預聚焦,定心的視場光闌,使顯微鏡科勒照明(圖3)的操作。垂直照明也有眾多的插槽和開口插入光平衡和中性密度濾光片,偏光片,補償器,和熒光過濾器組合裝在立方體形框架。配置為與無限遠校正的物鏡時,垂直照明裝置配備的管透鏡(參見圖1),將光線聚焦波轉換成中間像平麵。鹵鎢燈和電弧放電lamphouses的都可以利用與垂直照明器(通常是可互換的),提供寬範圍的照度和光譜特性。

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光源的反射光顯微鏡(包括DIC成像模式)的最流行的選擇是無處不在的鹵鎢燈,其特點是成本相對較低,使用壽命長。白熾燈鹵素燈適度明亮,但要求色彩平衡過濾器,以提高他們的數字成像和傳統的顯微攝影膠片色溫日光水平。另一種選擇,可在高放大倍率和非常低的偏置的遲緩值(光照強度是關鍵),75或150瓦的氙弧放電燈。氙氣燈的亮度在整個可見光光譜中,設有一個高層次,顏色,接近日光平衡所需的值的溫度下輸出。

當鎢鹵或電弧放電燈的白光從用於DIC的顯微鏡在反射光的照射,地形的變化與試樣中的幹涉條紋實際上可以在狹窄的彩虹圖案顯示各種顏色沿的功能相消幹擾的表麵上的稍微不同的位置。使用更窄的波長頻帶的照明在專門的應用程序(例如,從激光發射的光),將產生一個設立的單一波長的幹擾條紋的DIC圖像。這些條紋會更清晰,更明確的,並且它們的位置將不依賴於檢測器的光譜響應。

如圖4中所示明,暗場中捕獲的一個微處理器集成電路的表麵上鍵合線焊盤附近的區域的圖像,微分幹涉對比使用垂直照明的照明和反射光。的明視場圖像(圖4(a)條)遭受從一個顯著缺乏對比度電路的細節,但提供了一個通用的總體特征的輪廓的表麵上存在。暗場照明(圖4(b))揭示了比明場隻是稍微更詳細地,但不暴露附近的垂直總線線(中央右手側的圖像),在左邊的鍵合焊盤的邊緣的不連續性。微分幹涉對比圖像(圖4(c))產生一個更完整的分析的表麵結構,包括鍵合焊盤的顆粒質地,從鍵合焊盤連接到總線線,在該電路的左側的許多精細的細節右側的圖像。

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科勒照明的反射光顯微鏡依靠兩個變量隔膜定位於垂直照明。基本的係統被構造為使得燈絲的圖像被聚焦的孔徑光闌上麵的平麵,它是共軛的物鏡(燈絲也可以同時觀察重點)的後側焦點麵。視場光闌,以確定照明光束的寬度,被定位在相同的共軛麵作為試樣的固定光闌的目鏡。孔徑光闌更接近光源,而視場光闌的物鏡(從透射照明采用相反的配置)。微分幹涉對比特別取決於科勒照明,以確保遍曆利用Nomarski棱鏡波被準直和均勻地分散於顯微鏡的光圈,以產生高的對比度水平。

在大部分的反射光顯微鏡,視場光闌,可以通過部分關閉光圈的定心螺釘或旋鈕相鄰的光圈開度控製杆通過一組翻譯的整個膜片的光學路徑中的中心。在實踐中,應打開,直到它外麵的視場或在膠片上或在數字圖像中被捕獲的區域的視場光闌。視場光闌的主要目的,是視場的大小來控製,模糊試片細節,以防止雜散光。結合與視場光闌,孔徑光闌確定的照明錐幾何形狀,因此,光的角度撞擊試樣從所有方位。可變光闌的大小可以是調製來調整標本的對比,一般應設置為一個大小是在60〜80%的物鏡後孔。這樣的設置,提供最高的分辨率和可以接受的對比度之間的最佳折衷。

反射光DIC顯微鏡配置

微分幹涉對比,因為組件必須精確匹配的光學係統,改造現有的反射光顯微鏡,在設計時沒有對DIC,是不希望的方法。相反,現在所有的主要的顯微鏡製造商提供工業和研究級顯微鏡配備垂直照明和必要的輔助光學組件(通常是銷售工具包),以裝備顯微鏡DIC觀察。微分幹涉對比顯微鏡的光學係統,儀器設計幾種不同的方法已經取得了進入引進偏見遲緩的兩個備選方案。

建立反射光DIC的傳統的方法是采用連接到一個移動的滑架內的矩形框(通常被稱為滑塊),適合進入顯微鏡物鏡轉換器的基礎上,上述的循環物鏡轉盤(圖5(a)和圖5 利用Nomarski棱鏡(b)段)。在本設計中,偏置相位差通過旋轉拇指輪,反過來,把利用Nomarski棱鏡來回橫向穿過顯微鏡光軸滑動件的端部定位在被引入。一種替代技術,稱為德Sénarmont補償(參見圖6),利用單獨的固定棱鏡的每個物鏡(圖5的(d)),並與線性偏振器(圖5(c)的組合中的四分之一波長的相位差板),以引入正交的波陣麵之間的光程差(偏置相位差)。

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所有顯微鏡的設計,采用的垂直照明燈的反射光觀察患有從照明器在係統中的光學元件的表麵的反射所產生的雜散光的問題。特別是,利用Nomarski棱鏡的上部和下部的平麵表麵產生惱人的反射,產生過多的眩光和降低圖像質量可能會產生問題。為了對付這種效果,利用Nomarski棱鏡反射光顯微鏡設計製作,從而使幹涉平麵被定位在相對於棱鏡的剪切軸的角度(參見圖2(b)條)。當幹擾專門利用Nomarski棱鏡的平麵被帶進與物鏡通過其定位滑動框架或固定外殼內部的後側焦點麵(垂直於顯微鏡的光學軸)重合,平坦的外楔麵正在相對於軸向傾斜的照明通路(圖1,圖2(b),圖5(a))。其結果是,反射改行相差的半透半反鏡,試樣,目鏡,攝像係統,以便不會產生不利影響的圖像強度和對比度。

在現代顯微鏡,物鏡焦平麵和在物鏡轉換器上的就座麵之間的距離是一個恒定值,通常稱為齊焦距離。因此,一個單一的利用Nomarski棱鏡常常可以被安裝在一個固定的距離,從物鏡的座椅(後側焦點麵)上的物鏡轉換器在一個滑塊幀,和服務的整個放大倍率範圍問候梁剪切和重組的職責。在某些情況下,特別是在較高的放大倍數,物鏡的後側焦點麵的位置的變化,可以被容納的利用Nomarski棱鏡內的滑動件(圖5(a)和圖5(b)中示出)的軸向平移。這通常是用旋鈕或控製杆重新定位整個棱鏡組件的向上和向下沿顯微鏡光軸。利用一個單一的DIC棱鏡的反射光顯微鏡,通過顯微鏡光軸指輪橫向平移棱鏡,能夠引進偏置遲緩。整個利用Nomarski棱鏡滑塊可以從光路中移除時,在顯微鏡用於其他成像模式(明場,偏光,暗場,熒光)。

顯微鏡配有一個單一的可翻譯的Nomarski棱鏡在物鏡轉換器隻需要一個偏振器和分析器作為隨附的成分,以微分幹涉對比成像模式下操作。通常是安裝在一起的偏振片用齒條與小齒輪或行星齒輪組成薄的矩形框,以使發送方位角可以旋轉360度,指輪。被引入到的視場光闌和通過垂直照明器中的一個插槽的半透半反鏡之間的光路上的偏振片幀。同樣,分析儀也可以被安置在一幀中,使透射軸的旋轉。分析器幀通常是放在插入插槽中,在物鏡轉換器或附近的垂直照明器的上部中的管透鏡。在某些情況下,無論是在分析儀或偏振器被安裝在一個固定的框架,不允許旋轉,但大多數顯微鏡能夠旋轉不透明試樣,為了補償傳輸中的至少一個偏振片的方位角為操作者提供吸收光。容納在滑塊幀中的偏振器和分析器,使操作人員可以方便地從光路的其他成像模式中刪除。當偏振片保持在原位,並利用Nomarski棱鏡取出滑塊被配置為,在顯微鏡觀察中的偏振反射光模式。

偏置相位差引入的反射光DIC顯微鏡的光學係統的一種替代機製耦合去Sénarmont補償器中的固定位置利用Nomarski棱晶(圖圖5(c),圖5(d)和圖6中示出的垂直照明)的物鏡。在去Sénarmont配置中,每一個物鏡都配有專門設計與剪切距離這一物鏡的數值孔徑相匹配的個人利用Nomarski棱鏡。棱鏡粘到幀,並裝在一個防塵組件,安裝的物鏡和顯微鏡物鏡轉換器(圖5(D))之間。擰入利用Nomarski棱鏡殼體,然後將其固定到物鏡轉換器的物鏡。是用來移動一個小的杆移入和移出的光學路徑(圖5(d)中棱鏡位置杆)棱鏡幀由於利用Nomarski棱鏡去SénarmontDIC顯微鏡配置所需的數量增加,這些配件比滑動棱鏡在一個傳統的反射光利用Nomarski DIC顯微鏡相當昂貴。

圖6給出的反射光DIC顯微鏡配備去Sénarmont補償的光學列車。來自照明源的光由聚光透鏡聚焦,並通過光圈和視場光闌之前遇到線性偏振器的垂直照明。直接位於後麵的偏振器中的光學路徑是固定到位置的快軸取向的東 - 西相對於顯微鏡幀為四分之一波長的相位差板。在一起,在偏振片和相位差板包括Sénarmont的補償器(圖5(c))。當偏振器傳輸的相位差板的在去Sénarmont補償器的快軸方位平行排列的直線偏振光從組件,在一個90度的角偏轉,由半透半反鏡垂直照射器進入的通路的在顯微鏡的成像元件。

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後偏振光波到達半透半反鏡被偏轉,顯微鏡光學列車的其餘部分類似的方式反射光顯微鏡的傳統DIC。因此,直線偏振光透過的反射光顯微鏡上的向下行程,第一次遇到的固定利用Nomarski棱鏡和棱鏡楔形件的幾何形狀被剪切。被聚焦後由物鏡元件和投射到不透明試樣,光被反射回的物鏡收斂在後側焦點麵上的(與利用Nomarski棱鏡幹涉平麵重合)。上麵的棱鏡幹涉平麵複合剪切的波陣麵,並進行分析儀,其中平行傳輸方位角的組件被傳遞到中間像平麵。在圖像平麵上,從分析儀上,以產生DIC圖像的過程中出現的波陣麵之間的發生和相消幹涉。

偏置相位差被引入到反射光SénarmontDIC係統簡單地通過旋轉的線性偏振器的垂直照明。通過旋轉偏振器的傳輸相對於相位差板的快軸的方位角,橢圓和圓偏振光具有正交的波陣麵之間的光程差產生的。當偏振器的軸旋轉到45度,在一個方向上,慣用右手的橢圓形或圓形偏振器的光的出現從去Sénarmont補償。在相反的方向旋轉偏振器產生具有左手係的旋轉意義上的橢圓形或圓形的波陣麵。正交波陣麵時,輸入的Nomarski棱鏡和整個麵部的棱鏡剪切引入通過旋轉偏振器(在一個範圍內的加或減二分之一波長)的光程差被進一步複雜化。介紹在去Sénarmont補償器的光程差是物鏡利用Nomarski棱鏡翻譯跨在一個傳統的DIC顯微鏡配置的光路時的效果類似。

反射光的DIC標本和圖片的特點

在反射光中的DIC的顯微鏡,由一個不透明的試樣產生的光程差依賴於該標本的地形的幾何輪廓(表麵浮雕)和相位延遲,剪切變形的正交波陣麵由表麵反射的結果。對於大多數的標本與DIC成像,表麵浮雕變化隻在一個相對狹窄的範圍的限製(通常以納米或微米),因此,這些樣品可以與淺的光學路徑的幅度變化的梯度被認為是基本持平在整個擴展的表麵。相位變化發生在反射邊界中存在的試樣,也產生和光程差,導致在DIC圖像的對比度增加。這些相位差異更容易找到在不同介質之間的交界處,如金屬和合金,或鋁和金屬氧化物的半導體集成電路的區域中的晶界和相變。

反射光DIC的顯微鏡雖然已經大量雇用審查金相試樣,在過去的幾年中,目前應用最廣泛和最重要的是考試的半導體產品在製造過程中的質量控製措施。事實上,現在大部分的廠家提供專為DIC,明場,暗場照明的積體電路晶圓檢查顯微鏡。DIC成像,使得技術人員能夠準確地檢查大量的晶圓缺陷,沒有透露其他顯微鏡技術(如圖4所示)。晶片表麵的幾何輪廓的微小變化會出現在陰影浮雕,並實現最大圖像對比度時,利用Nomarski棱鏡設置調整,以呈現中性灰色的背景顏色。

沿顯微鏡光軸當利用Nomarski棱鏡翻譯在一個傳統的反射光DIC的配置,或偏振器是轉動解Sénarmont儀器,被引入的光程差剪切的波陣麵,它被添加到所創建的路徑差正交的波陣麵從試樣表麵的反射。最終的結果是使標本圖像偽立體浮雕,增加光程差(表麵浮雕或反射邊界)區域顯得更亮或更暗,表現出路徑長度減小出現反向。在試樣表麵上的顯著特征出現類似升高的高原或凹陷的凹部,根據梯度方向或反射特性的。透射光DI​​C的情況不同,立體的外觀往往可以用作一個指標,實際試樣的幾何形狀,在真實的地形特征也相梯度變化的網站。

的陰影鑄造方向是存在於幾乎每一個相位差偏置後的光學係統已被引入,產生的反射光DIC的顯微鏡圖像。此外,光學剪切方向是明顯的,可以被定義為連接的最高和最低亮度值的圖像顯示區域的軸線。表麵特征變得明顯區分因為陰影的方向往往是扭轉試樣的詳細信息,具有無論是較高或較低的比周圍表麵的地形剖麵。由於利用Nomarski棱鏡設計和其他限製,涉及用於DIC的顯微鏡的反射光的波陣麵取向的剪切軸是固定的,軸方向不能改變,以影響通過一個簡單的設置在顯微鏡標本的對比。但是,剪切的波陣麵的相對相位之間的相位差是可以逆轉的搬遷利用Nomarski棱鏡,顯微鏡光軸的一側的另一個(從負到正,或反之亦然)的轉移偏置相位差值。可以完成同樣的機動旋轉偏振器到相應的負值上解Sénarmont補償。當相位延遲剛才所描述的改變,亮暗圖像邊緣的方向扭轉180度。

反射光DIC圖像取向的影響

正如上麵所討論的,反射光DIC圖像本身賦予具有明顯的方位角的效果,這是利用Nomarski光束分離棱鏡相對於顯微鏡的光學軸與偏振片的非對稱取向的結果。其結果是,許多不透明的標本成像在微分幹涉對比有一個先決條件,以實現最大對比度(平行或垂直於剪切軸)試料旋轉時,限製自由取向限製。高度有序的半導體有無數的擴展,線性區域緊密間隔的周期性結構混合,這一點尤為重要。

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方位對比效果,可以用來反射光微分幹涉對比顯微鏡裝備優勢,通過一個360度旋轉的圓形舞台。在偏振光顯微鏡的一個基本要素,循環階段相對於剪切軸,以便最大化或最小化對選定的試樣特性的對比效果,使操作者能轉動試樣。對比度在反射光中的DIC的顯微鏡沿剪切方向延伸的線性相位標本達到一個最低水平,但顯著通過旋轉90度的階段,可以是多種多樣的。非線形冶金標本,如鑲嵌晶粒間界,線,非晶合金,結晶球晶,不顯示顯著的方​​位的影響,在反射光中的DIC,通常可在各個方向上令人滿意的成像。

圖7中給出的兩個半導體集成電路的試樣,每一個具有顯著量的周期性,但顯示了高度的不對稱時,成像在反射光中DIC。圖7(a)和7(b)示出微處理器靠近焊墊環,其中包含了大量的總線線,接合線片和寄存器的算術邏輯單元的相同區域。當電路被定位焊盤麵向垂直長軸與剪切軸(西北向東南為圖7中的所有圖像),中央梯形區域的公交線路變得很暗,幾乎絕跡(圖7( a)條),失去了幾乎所有可識別的細節。旋轉90度(圖7(b))的集成電路,突出中央梯形總線結構,但會導致相鄰的區域失去對比度。為了捕獲該集成電路的表麵上存在的所有的細節,最佳的方向是細長的總線結構在顯微鏡剪切軸以45度的角度定位。

幾個掩模對準標記的圖像示於圖7(c)中提出的半導體表麵。標記已經被放置在一個金屬的鍵合焊盤,而另一個由光滑的金屬氧化物表麵上。這兩個標記包含八條線,同樣以45度的間隔隔開,並且具有相同的長度。請注意,取向平行於剪切軸的線是非常暗的標記在金屬氧化物表麵上休息,同時鍵合焊盤標記的左上角線幾乎看不見。麵向垂直標記線(東北 - 西南)剪切軸更明亮,更為可見的比具有其它方位的線,,雖然平行和垂直的圖像邊界線是清晰可見的。

在反射光DIC的顯微鏡圖像對比度和試樣取向之間的相關性,往往可以利用優勢在擴展線性結構(特別是在半導體檢測)的調查。通過在幾個方位的捕捉圖像,DIC的顯微鏡往往能提出一個明確的表示複雜的形態存在於許多擴展,線性標本。此外,當被耦合到特定方位的成像光學切片方法,反射光DIC顯微鏡通常可以發現的功能,是困難的或不可能的,以區別於使用的替代技術。

光學反射光DIC染色

DIC的顯微鏡在反射光中的剪切的波陣麵的偏置之間的相位差可以被操縱,通過使用補償板,例如一階(通常稱為全波一階紅色)具有等於全波長的相位差值在可見光光譜的綠色區域中(550納米)。補償板賦予更大的控製,用於調節有關的背景強度和顏色值中的試片細節的對比度,也使正交的波陣麵之間的偏差值的更精確地調整。這些雙折射元件也經常采用光學不透明的標本的染色,通常呈現在有限範圍內的灰度值。

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光學染色來完成,或通過插入一個全波補償器後麵在解Sénarmont配置的四分之一波長的相位差板可以通過翻譯整個由一個顯著的距離最大消光的光學路徑的利用Nomarski棱鏡。可觀察到幹涉色的全範圍的試片細節時,利用Nomarski棱鏡翻譯極端範圍,或偏振器是與日的Sénarmont補償耦合到一個全波片的旋轉。與補償器代替,背景出現的品紅色的顏色,而圖像的對比度,在將顯示在牛頓的幹涉色譜的一階的黃色和二階藍色。在這些條件下,小的變化獲得偏置遲緩的翻譯的諾馬斯基棱鏡(或旋轉偏光鏡在一個Sénarmont補償),有大型和小型的表麵浮雕和反射相位梯度結構中觀察到的幹涉色產生快速變化。

圖8所示的三個樣品在反射光中的DIC成像用一個全波的相位差板插入後麵的固定棱鏡的顯微鏡配置中去Sénarmont補償。圖8(a)顯示在一個高的溫度在攝氏950度的溫度下生長的無定形的磁通的超導陶瓷的單晶的表麵缺陷。雖然在晶體的孿晶缺陷是難以辨別不應用光的染色技術的情況下,這些結晶​​的事故變得相當明顯,當相位差板的安裝時,表現出顯著的幹涉色的波動。同樣,在磁性薄膜的粘合失效時,清楚地成像光學染色技術的采用,在反射光中DIC(圖8(b))。分離成像點在電影中出現的壯觀的救濟,如皺紋,當觀察到白光幹涉條紋所包圍。最後,公交線路的詳細信息在圖8(C)的集成電路表麵上形成了鮮明的色彩對比中脫穎而出。寬的頻譜差的色彩效果是可能的DIC的顯微鏡在反射光中的集成電路,是根據一些因素,包括存在或不存在,四氮化三矽或聚酰亞胺的保護塗層,製造材料之間的相位關係,特征線寬製造工藝。

雖然光學染色也可以在透射光DI​​C,效果更為有用的反射光的技術,尤其是當檢查平的,平麵的標本,如集成電路,具有表麵浮雕限於相對窄的範圍內變化。與此相反的透明的標本成像的透射光,在不透明的標本的表麵浮雕是相當於幾何厚度。此外,本地化的相位延遲的差異從一個不透明的表麵入射的光反射後,可以比作與透射光試樣經曆的折射率變化。對於許多應用程序在反射光DIC,標本的細節經常疊加在同質化階段的背景下,一個因素,極大地受益於通過光學染色對比度增強技術(幹擾)。成像透射光DI​​C是最優的薄的透明的標本,可以有效地利用的範圍,在該範圍內的光染色是相當小的(有限的幾個組分的波長),使這種技術僅用於較厚的標本。

光學切片反射光DIC

把握大物鏡的數值孔徑值在反射光DIC顯微鏡的能力,能夠從一個集中的形象,明顯淺光學部分的創作該技術沒有發生在光學架飛機從焦點中刪除從明亮區域的混亂和分散的強度波動,產生清晰的圖像,有顯著的表麵浮雕從一個複雜的三維不透明標本切片整齊。此屬性通常以最小的幹擾,從模糊的焦平麵上的上方和下方的結構,取得清晰的光學部分的表麵上的集成電路的個別功能。

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在反射光顯微鏡中,垂直照明孔徑光闌的圖像的對比度和分辨率定義中起著重要作用。減小光圈的大小增加的表觀深度字段和整體圖像的清晰度,同時,產生增強的對比度。但是,如果隔膜被關閉太多,衍射工件變得顯而易見,圖像強度顯著降低,犧牲分辨率。通常情況下,的最佳孔徑光闌設置是準確地使標本細節在足夠的對比度和保留圖像分鍾功能所必需的分辨率,而在同一時間避免衍射工件的之間的一種折衷。

該係列的高倍率DIC圖像圖9中示出在相同的視場重疊的表麵結構的三個獨立的焦平麵上的一個典型的集成電路。在明或暗場照明,經常觀察這些結構合並在一起,並且嚐試特定的表麵細節圖像時,會變得相當混亂。圖9(a)揭示了一些金屬氧化物的上表麵上的集成電路,包括通孔(微型垂直層之間的連接)和總線的一部分的終端。再聚焦顯微鏡測微計的零點幾更深公開了許多連接的電路在中心區域(圖9(b))。還到更遠的電路,應用於以上的純矽附近的第一層,是一個係列的金屬氧化物線點綴著的有序數組通過連接(圖9(c)條)。DIC的顯微鏡的反射光的光學切片能力清楚地表明由客戶特定的圖像的焦平麵的表麵上的這種複雜的集成電路。

結論

反射和透射光的微分幹涉顯微鏡的一個基本特征是兩個正交的波陣麵的剪切組件,要麽通過或反射從試樣,僅由組分的千分尺(剪切的距離),這是遠小於分離的物鏡的分辨率。對於觀察者,它是看不出來,目鏡觀察得到的圖像是由這兩個疊加的組件,因為它們的分離是太分鍾要解決的顯微鏡。然而,圖像中的每個點是來自於源自在試樣上的相鄰點的兩個緊密間隔和重疊的艾裏磁盤,每個磁盤有一個到其各自的檢體誘導的光程差相對應的強度。被描述為圖像的對比度,因為它是在試樣表麵的光路梯度的函數,陡峭的梯度,產生更大的反差。

在反射光DIC的顯微鏡觀察的主要候選對象包括各種各樣的金相試樣,礦物,金屬,合金,金屬,半導體,眼鏡,聚合物,複合材料。高分辨率所提供的技術已被用來確定標本的細節隻有幾納米大小。例如,隻有大約30-40納米高的碳化矽晶體的的螺旋生長錯位模式可以拍攝高浮雕,而已經成功地觀察到約200納米厚的薄膜單色黃色鈉燈。相變和再結晶過程,可以在反射光中的DIC,以及玻璃和聚合物的表麵上的微小的細節檢查。

雖然僅限於工業應用主要是工具,反射光微分幹涉對比顯微鏡是一種強大的技術,現在已經在半導體製造領域確立。每年製造的計算機芯片元件的數百萬倚重反射光DIC確保質量控製和防止故障的電路,一旦他們已安裝。由於檢查集成電路的技術人員花了無數個小時,現在仔細顯微鏡製造商將注意力轉向新的設計符合人體工程學的考慮反射光的儀器。其結果無疑將是高度精煉的顯微鏡,產生極好的DIC圖像,同時最大限度地降低運營商必須長時間反複檢查相同的標本所經曆的不適和神經肌肉疾病。



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