REFLECTION DHM® - Microscopi olografici a riflessione

Un metodo senza scansione e a non contatto per topografia 3D dinamica e statica

La serie Reflection DHM di Lyncée Tec (DHM®-R1000, DHM®-R2100 e DHM®-R2200) consta di microscopi olografici a scansione. Sono ideali per misurare oggetti parzialmente o totalmente riflettenti. La loro abilità di lavorare con interfacce a bassa riflessione (fino a meno dell'1% di riflettività), li rende strumenti ideali per misure accurate di topografia ottica su un'ampia gamma e tipologia di campioni.

Grazie alla loro alta frequenza di acquisizione e alla facilità d'uso, gli strumenti DHM® permettono veloci controlli di routine, controlli qualità industriali automatizzati come applicazioni di ricerca e sviluppo innovative, in particolare per osservazioni dinamiche.

Sono disponibili tre differenti configurazioni, definite dal numero e dalla combinazione di lunghezze d'onda:

  • Serie R-1000: sorgente laser singola
  • Serie R-2100: sorgente laser doppia
  • Serie R-2200: sorgente laser tripla

Gli strumenti DHM® in riflessione sono compatibili con il modulo opzionale stroboscopico e con il software di post-analisi per l'analisi dei MEMS di rifrattometria. Ciascun sistema DHM® può essere consegnato con il suo telaio, oppure può essere consegnata solamente la testa, per essere montata su altre strutture o linee di produzione. I DHM® sono compatibili con un'ampia gamma di stage motorizzati opzionali.

Lyncée Tec ha sviluppato la tecnologia DHM® dalla sua invenzione fino alla sua maturità. Possiede la competenza e la flessibilità per offrire al cliente sistemi personalizzati e OEM.

DHM R1000
Configurazione a singola lunghezza d'onda
Configurazione a singola lunghezza d'onda

Gli strumenti DHM®-R1000 sono configurati con una singola lunghezza d'onda, per fornire misura in tempo reale di campioni con risoluzione subnanometrica per gradini fino a 340 nm all'interno di un range verticale fino a 200µm. È il modello più semplice della serie DHM®-R, ed è particolarmente economico e allo stesso tempo di facile utilizzo.

È lo strumento ideale per misurare superfici lisce con piccole inclinazioni locali, topografia di campioni con gradini o discontinuità con un'altezza inferiore ai 300 nm.

Serie R2100
Configurazione a doppia lunghezza d'onda
Configurazione a doppia lunghezza d'onda

Gli strumenti DHM®-R2100 sono configurati per la misura simultanea su due lunghezze d'onda. Questa configurazione rende possibile ottenere misurazioni in tempo reale di gradini alti fino a 2.1 μm, mantenendo una risoluzione verticale nanometrica all'interno del range verticale di 200 μm.

Lo schema ottico innovativo è composto di due sorgenti laser con un percorso comune che permette:

  • Un aumento del range di misura dell'altezza dei gradini fino a 2.1 µm, senza commutazione della scansione o della lunghezza d'onda
  • Misurazioni in tempo reale sia per la singola che per la doppia lunghezza d'onda
  • Risoluzione sub-nanometrica su tutto il range verticale grazie ad algoritmi di mappatura

La famiglia DHM® R2100 permette a due interferenze di essere presenti simultaneamente nella stessa fotocamera. Entrambe vengono registrate nello stesso ologramma e quindi ricostruite indipendentemente l'una dall'altra. Sono combinate a frequenza video per aumentare il range di misure fino a 2.1 micron, come se il campione fosse stato ripreso con una singola lunghezza d'onda, denominata lunghezza d'onda sintetica, equivalente alla bassa frequenza di battimento delle due lunghezze d'onda monocromatiche.

Lavorare con due lunghezze d'onda è come lavorare con una singola lunghezza d'onda. Si può godere della stessa semplicità d'uso e delle stesse strutture, come sequenze, misure di rugosità, monitoraggio nel tempo, ecc... A seconda dell'altezza del campione, le misure possono essere realizzate in tempo reale sia sulle singole lunghezze d'onda che sulle loro combinazioni sintetiche. Cambiare tra i due range di misura è possibile all'interno di una singola acquisizione, poiché tutte le informazioni vengono registrate simultaneamente nell'ologramma e nelle misure computate dall'ologramma stesso.

La risoluzione verticale sub-nanometrica della lunghezza d'onda monocromatica può essere mantenuta sul range di misura delle due lunghezze d'onda grazie al potente algoritmo di mappatura che è in grado di combinare i dati delle lunghezze d'onda sintetica e monocromatica.

La registrazione contemporanea dei dati si traduce in misurazioni tra le più veloci nel campo della microscopia interferometrica. Riesce anche a eliminare ogni sfocatura dovuta al tempo di acquisizione e quindi assicura precisione e robustezza nei confronti delle vibrazioni esterne. Il display della misura in tempo reale garantisce la semplicità d'uso e l'efficienza della DHM®.

Il principio fisico dietro la doppia lunghezza d'onda DHM®
Gli strumenti R2100 forniscono misurazioni simultanee su due lunghezze d'onda. L'interferenza tra le due sorgenti λ_1 e λ_2 crea una lunghezza d'onda sintetica Λ che permette la misura in tempo reale di gradini altri fino a 3 µm con una risoluzione sub-nanometrica all'interno dei 200µm di range verticale.

Λ= (λ1 x λ2) / |λ1 – λ2| , Λ≫λ1, λ2

Serie R2200
Serie R2200 - Tripla lunghezza d'onda
Serie R2200 - Tripla lunghezza d'onda

Gli strumenti DHM®-R2200 sono configurati con tre lunghezze d'onda, che estendono le misure in tempo reale di gradini molto ripidi fino a un'altezza di 12 μm, con una risoluzione nanometrica verticale entro i 200 μm su tutto il range di misura.

Gli strumenti DHM® R2200 raggiungono un nuovo livello per le misure in tempo reale in microscopia a interferenza. Il loro innovativo schema ottico è composto da un percorso comune e una fotocamera, e contiene tre sorgenti di luce. Queste tre sorgenti di luce permettono due diverse e simultanee combinazioni di lunghezze d'onda, due lunghezze d'onda sintetiche the permettono un aumento del range di misura di gradini fino a 12 µm, senza alcuna interruzione della scansione o della lunghezza d'onda.

  • Misura in tempo reale sia in modalità a singola lunghezza d'onda che a doppia lunghezza d'onda, con immagini in piena intensità e a inquadratura completa
  • Risoluzione sub-nanometrica su tutto il range verticale grazie ad algoritmi di mappatura
  • Misure su doppia lunghezza d'onda realizzati con gli stessi strumenti, la stessa semplicità d'uso e resistenza alle vibrazioni della singola lunghezza d'onda

Il DHM® R2200 ha le stesse caratteristiche e potenzialità degli strumenti della serie DHM® R2100, ma può contare inoltre su tre sorgenti di luce. Ciò permette a due interferenze di essere presenti simultaneamente nella stessa fotocamera. Entrambe sono registrate nello stesso ologramma e quindi ricostruite in maniera indipendente. Sono combinate insieme a frequenza video per aumentare il range di misura fino a 12 micron, come se il campione fosse ripreso con una singola lunghezza d'onda, denominata lunghezza d'onda sintetica, equivalente al battito di bassa frequenza delle due lunghezze d'onda monocromatiche.

Lavorare con una doppia lunghezza d'onda è come lavorare in lunghezza d'onda singola. Permette di usufruire della medesima facilità d'uso e delle stesse funzionalità: sequenze, misura della rugosità, monitoraggio nel tempo, ecc... A seconda dell'altezza del campione, le misure in tempo reale possono essere eseguite o sulla singola lunghezza d'onda monocromatica, oppure sulla loro combinazione sintetica. Passare da un range di misura all'altro è possibile senza una singola acquisizione, poiché tutte le informazioni sono registrate simultaneamente nell'ologramma e la misurazione viene estratta dall'ologramma stesso.

La serie R2200 integra una terza sorgente di luce che si alterna con la seconda. Quindi comprende una lunghezza d'onda corta e una più lunga, che estendono il range di misura. I modelli DHM® R2200 hanno lunghezze d'onda sintetiche di 4.2 e 24 μm per gradini di altezza fino a 2.1 e 12 μm.

La risoluzione verticale sub-nanometrica della lunghezza d'onda monocromatica può essere mantenuta nei range di misura della doppia lunghezza d'onda, grazie a un potente algoritmo di mappatura che combina i dati della lunghezza d'onda monocromatica e di quella sintetica. Per lunghezze d'onda sintetiche di piccole dimensioni la mappatura viene eseguita con una singola acquisizione. per lunghezze d'onda sintetiche più lunghe, viene richiesta anche la misura di una corta lunghezza d'onda sintetica per la mappatura.

La registrazione simultanea dei dati si traduce in misure più veloci in microscopia a interferenza. Ciò evita qualsiasi sfocatura dovuta al tempo di acquisizione e perciò assicura precisione e robustezza nei confronti di vibrazioni esterne. La visualizzazione in tempo reale delle misure garantisce la facilità d'uso e l'efficienza. Il range di misura può essere aumentato fino a misure millimetriche con ll modulo "vertical coherence scanning".

I principi di fisica dietro la doppia lunghezza d'onda DHM®
L'interferenza tra due sorgenti crea un'unica grande lunghezza d'onda sintetica Λ che permette misure in tempo reale fino a 12 µm di gradini ripidi, con una risoluzione sub-nanometrica entro il range verticale di 200µm. L'interferenza tra le altre due sorgenti crea una lunghezza d'onda corta Λ che permette la misura in tempo reale di gradini fino a 2.1 μm.

Λ= (λ1 x λ2) / |λ1 – λ2| , Λ≫λ1, λ2

Gli algoritmi di mappatura permettono di mantenere la risoluzione monocromatica sub-nanometrica su tutto il range di misura verticale.

Ciascuna lunghezza d'onda può essere utilizzata individualmente.

Distinzioni tra le tre serie di microscopi olografici a scansione Reflection DHM®

Tutti i modelli Reflection DHM® lavorano in misure a singola lunghezza d'onda con le medesime performance.

  R1000 R2100 R2200
Configurazione Una sorgente laser Due sorgenti laser Tre sorgenti laser
Specificità Singola lunghezza d'onda Lunghezza d'onda sintetica ristretta Lunghezza d'onda sintetica ristretta e ampia
Modalità di misura Singola lunghezza d'onda Lunghezza d'onda singola e doppia Lunghezza d'onda singola e doppia
Accuratezza (dimostrata prendendo la deviazione temporale standard di un pixel su un totale di 30 misure) 0.15 nm 0.15 / 3.0 nm * 0.15 / 3.0 nm / 20 nm *
Risoluzione verticale (definita come il doppio dell'accuratezza) 0.30 nm 0.30 / 6.0 nm * 0.30 / 6.0 nm / 40 nm *
Ripetibilità (dimostrata prendendo il valore di 1 sigma Rq durante 30 misure di ripetibilità su uno specchio in carburo di silicio) 0.01 nm 0.01 / 0.1 nm * 0.01 / 0.1 nm / 0.5 nm *
Range di misura verticale (senza scansione) fino a 200 μm per strutture continue fino a 200 μm per strutture continue fino a 200 μm per strutture continue
Altezza massima di gradini con spigoli (dipende dalle sorgenti laser e dalle lunghezze d'onda) fino a 333 nm fino a 2.1 μm fino a 12 μm

Caratteristiche Tecniche

Vantaggi conseguibili rispetto a più tradizionali tecniche interferometriche a scansione:

  1. Tecnologia che consente la riscostruzione 3D della microtopografia del campione senza scansione verticale
  2. Risoluzione verticale nanometrica al pari delle tecniche a scansione
  3. Metodo 3D in tempo reale: velocità di acquisizione: 15fps (in full field: 1024 X 1024 pixels^2). E’ cioè possibile monitorare l’evoluzione di fenomeni dinamici in 3D (es. effetti da variazioni di temperatura)
  4. Utilizzo di qualsiasi obiettivo bright field (l’interferenza non avviene dentro la lente obiettivo)
  5. Possibilità di compensare qualsiasi spessore trasparente aggiustando via software la lunghezza del braccio interno dell’interferometro: possibilità di misurare attraverso uno strato di vetro, o di acqua.
  6. Utilizzo di illuminazione con lunghezza di coerenza di circa 400um, con la possibilità di fare il re-focusing digitale dell’ologramma acquisito. La conseguenza è che manipolando l’ologramma acquisito si può mettere a fuoco a posteriori una profondità diversa da quella di acquisizione, con il vantaggio di poter visualizzare fenomeni simultanei a profondità diverse. Inoltre grazie a tale coerenza dell’illuminazione si può prescindere da un posizionamento laborioso attraverso stage di tip/tilt per ottenere immagini con risoluzione verticale nanometrica
  7. Sistema insensibile alle vibrazioni del suolo (grazie alla rapidità di acquisizione), non richiede l’utilizzo di costose soluzioni anti-vibrazioni.

File/Immagini

Documenti e File: 

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