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技術文章
TECHNICAL ARTICLES在微納制造和精密測量領域,高深寬比結構的精確測量一直是技術難點。本文將深入探討數值孔徑(NA)與深寬比的關系,以及如何選擇合適的光學系統來解決這一難題。
數值孔徑(NA)與深寬比的關系
數值孔徑(NA)是決定光學系統分辨率的關鍵參數,它直接影響物鏡的消位置色差能力和測量性能。
從圖中可見:
•NA越大:通光量越大,進光量減少,適合測量角度信息,具有更好的水平分辨率
•NA越小:通光量越小,進光量增加,更適合測量寬深比較大的樣品
應用案例一:深孔結構測量
在深孔測量中,結構光路受限導致光強衰減,反射光捕獲困難是主要技術挑戰。
上圖展示的是10x長焦干涉鏡頭拍攝的圖像,直徑僅13μm,深寬比高達11:1。
技術方案:
•使用10x長焦物鏡
•優勢:有效克服物鏡在深孔底部返回信號弱的現象
深孔與溝槽結構的區別:
•溝槽:通常為長條形開口結構,側壁多為V型或U型
•深孔:多為圓柱形或高深寬比的垂直孔洞,入射光進一步減少
針對高深寬比微結構的三維形貌表征需求,需要使用NA值更低的長焦鏡頭。
應用案例二:激光加工切割槽測量
激光加工表面存在粗糙度高、反光性差、槽寬窄等特點,對測量系統提出了更高要求。
上圖展示的是20x長焦干涉鏡頭拍攝的圖像,深寬比高達24:1。
技術方案:
•采用20x干涉物鏡(NA=0.1)
•優勢:更小數值孔徑提供高深寬比測量能力
•配合白光干涉技術使用
在微納尺度溝槽形貌表征過程中,為實現更高橫向分辨率的測量要求,需優先選用較高倍率物鏡,并在其中選擇數值孔徑更小的長焦物鏡。
技術選型建議
1.10x長焦物鏡:適用于一般高深寬比結構(如11:1深孔)
2.20x長焦物鏡:適用于更高深寬比和需要更高水平分辨率的場景(如24:1切割槽)
需要強調的是,沒有的測量技術與測量鏡頭,每顆鏡頭都有自己的優勢與劣勢。工程師需要根據具體測量需求,選擇的光學系統,利用每顆鏡頭的優勢,取長補短,不斷拓寬測量的技術邊界。
在實際應用中,建議與專業技術團隊溝通,根據樣品特性和測量要求,選擇的測量方案。