超光滑表面计量，这种光学检测技术了解一下？

2021-07-27 17:18

来源： ZYGO在线

玻璃窗光滑吗？

汽车发动机的承压密封面光滑吗？

手机摄像头的镜头透镜光滑吗？

光学、机械、电子精密制造商，都在关注那些高精度、高性能，尺寸可能却很小的关键组件，这些组件对终端产品的性能至关重要，常常关乎一家公司在市场上的生存。

对于这些关键组件的关键面，＂光滑＂是指多光滑？这个问题弄清楚，很重要。

光滑，超光滑表面的计量

有各种工具和方法，用于计量“光滑”表面；从触针轮廓仪到原子力显微镜，以及非接触式光学计量设备。

触针式轮廓仪，通过在样品上沿路径运行的触头，来提供粗糙度结果，它只提供沿路径的2D轮廓结果，而且会损坏它所测量的表面；

原子力显微镜（AFM），使用一个非常小的悬臂探针，使其靠近样品，检测尖端和样品之间的作用力。原子力显微镜（AFM）可以提供纳米级的分辨率，但测量过程耗时、探针消耗成本高、测量表面的区域范围有限；

非接触光学计量方式，以光为媒介，基于光学技术来感知表面，可以避免接触被测表面。

超光滑表面计量

超光滑表面计量需要相干扫描干涉技术CSI（Coherent Scan Interferometry）。

并非所有的非接触光学检测设备，都能达到测量超光滑表面，所需的埃级别重复性和精度，认识到这一点很重要。

例如，共聚焦显微镜是基于Z轴扫描时，光强信号的变化，直接判断位置信息的。这种共聚焦技术的纵向分辨率，和物镜数值孔径NA值关联，能测试的最光滑表面的RMS值，在几纳米级别。同时共聚焦显微镜，更适用于粗糙和高度倾斜的表面，对平滑无特征的表面，就不那么有效。

另一种光学检测技术，相干扫描干涉（CSI Coherent Scan Interferometry），利用光学干涉的原理，分析白光干涉扫描的条纹光强以及相位信息。正是深入到干涉相位的分析，才使CSI技术能测试的最光滑表面的RMS值，达到优于埃，小于0．1纳米级别。同时这一分辨率和物镜NA值无关，能够测量用于粗糙和异常光滑表面。

与共焦和其它非接触技术相比，CSI具有以下几个优势：

基于CSI技术的光学轮廓仪，在使用各种物镜，所有放大倍数下，都具有纳米级或亚纳米级精度。

基于CSI技术的光学轮廓仪，能快速高速扫描，在所有放大倍数下，在几秒钟内得到数百万像素的高度信息。

CSI可用于超光滑（亚纳米粗糙度）或光学透明的表面，也可测量具有透明光学薄膜的表面。