Ytan på fasta material avgör till stor del egenskaper av intresse för dessa material: elektroniskt, strukturellt och kemiskt. I många forskningsområden, tillsats av material (t.ex. tunn film avsättning genom pulsad laser / magnetronförstoftning avsättning, fysikalisk / kemisk ångavsättning), avlägsnande av material (reaktiv jonetsning, jon sputtring, laserablation, etc), eller några andra processer, måste karaktäriseras. Dessutom har ytmodifiering genom interaktion med energiska ljuspulser eller laddade partiklar många tillämpningar och är av grundläggande intresse. Tribologi, läran om friktion och slitage, är ett annat område av intresse. På en bänk skala, en mängd tribologiska testa geometrier finns. Icke-konform kontakt geometrier kan användas, och en kula eller cylinder kan glida eller vridas mot en plan yta, en annan boll, eller cylinder, för en längd av tid, och mängden material som avlägsnas är migasured. Eftersom slitaget ärr är tredimensionell och oregelbunden till sin natur, kan optiska profilometri vara den enda teknik som är lämplig för att erhålla noggranna mätningar slitage volym. Gemensam analys uppgifterna hör även parametrar ytfinhet, steghöjd, förlust av material volym, trench djup och så vidare, alla av dem kan erhållas dessutom till enkel 2D och 3D topografi visualisering.

Optisk profilometri avser alla optiska metod som används för att rekonstruera profilen av ytor. Profilometrisk metoder inkluderar vitt ljus interferometrisk, laser eller konfokala metoder. Vissa optiska ytfinhet få information genom metoder baserade på konventionella diffraktionsbegränsad mikroskop mål. Exempelvis kan en scanning laser integreras med ett mikroskop för att erhålla topografiska och sann färginformation av ytor. En andra metod använder en teknik som utnyttjar extremt litet djup i fokus av konventionella mål att montera en series av i-fokus "image skivor" av ytan för att få en 3D topografisk karta.

I detta arbete visar vi hur ett vitt ljus interferometrisk mikroskop / profilometer möjliggör mätning av mängden material som förloras under mekaniskt slitage processer, eller under material etsning processer såsom ion sputtering kratrar eller laserablation. De flesta uppmärksamhet ägnas åt metoder av denna metod för att illustrera sin stora installerad kapacitet som gör det allmänt tillgängliga och attraktiva för många tillämpningar. De flesta typer av WLI utnyttja Mirau tekniken, som använder en spegel inuti mikroskopet målet att orsaka interferens mellan en referens ljussignal och ljuset som reflekteras från provets yta. Valet av Mirau interferometri dikteras av enkel bekvämlighet, eftersom hela Mirau interferometern kan passa inuti mikroskopet objektivlins och kopplad till en vanlig optiskt mikroskop (figur 1). En serie av två-dimensionell blandferograms förvärvas med en videokamera och programvara monterar en 3D topografisk karta. Den vita ljuskällan levererar brett spektrum belysning som hjälper till att övervinna den "fringe ordning" tvetydighet inneboende en monokromatisk källa. En monokromatisk ljuskälla kan användas för att erhålla mer noggrann mätning av grunda topografiska egenskaper. Den laterala upplösningen grunden är begränsad till λ / 2 (numerisk apertur NA = 1), men i de flesta fall är större, bestäms av NA av målet, som i sin tur är ansluten till förstoring / fält-of-view storlek. Tabell 1 i Ref. 1 har en direkt jämförelse av alla nämnda parametrar. Djupupplösning tillvägagångssätt ≈ 1 nm, är en funktion av den interferometriska natur tekniken. Ytterligare information om Mirau WLI finns i ref. 2, 3. En introduktion till vitt ljus interferometriska tillvägagångssätt återfinns i Ref. 4.

Andra metoder för analys av ytor är atomär konstruktöe mikroskopi (AFM), svepelektronmikroskopi (SEM), och pennan profilometri. Den WLI tekniken jämföras med dessa metoder och har sina egna fördelar och nackdelar som beror på den optiska karaktären av metoden.

AFM kan få 3D-bilder och därmed motsvarande tvärsnitt, men AFM har en begränsad scanning förmåga i de laterala (<100 nm) och djup (<10 nm) axlar. I motsats till dem, är den största fördelen med WLI den flexibla field-of-view (FOV) på upp till några millimeter med samtidig verklig 3D avbildande förmåga. Dessutom, som vi kommer att visa att det har stor vertikal kapacitet skanning sortiment, tillåter en att lösa en mängd problem med ytmodifiering helt enkelt. Forskare som arbetat med AFM är medvetna om problemet med planet placering av ett prov vid mätning långa drag med låga vertikala gradienter. Generellt kan man tänka på WLI / OP som en "express" teknik över AFM. Naturligtvis finnsett antal områden för vilka endast AFM är lämplig: när laterala funktioner som ska lösas har karakteristiska dimensioner mindre än den laterala upplösning WLI eller instanser där data från WLI är tvetydigt på grund av okända eller komplexa optiska egenskaper hos ett prov på ett sätt som påverkar mätnoggrannheten (diskuteras senare), osv

SEM är ett kraftfullt sätt att se på ytor, som är mycket flexibel när det gäller FOV storlek med stora skärpedjup, större än någon konventionell optisk mikroskop kan erbjuda. Samtidigt är 3D-avbildning av SEM besvärligt, särskilt som det kräver tagande av stereo-par bilder som sedan omvandlas till 3D-bilder med anaglyphic metoden, eller genom att observera med optiska tittare, eller användas för direkt beräkning av djup mellan olika intressanta på ett prov. ⁵ däremot erbjuder WLI / OP profilometri lätt att använda 3D-rekonstruktion med samtidigt flexibel FOV. WLI söker igenom helahöjdrörelse behövs för det speciella provet (från nanometer till hundratals mikrometer). WLI är opåverkade av den elektriska ledningsförmågan av provmaterialet, vilket kan vara ett problem med SEM. WLI uppenbarligen inte kräver ett vakuum. Å andra sidan finns det ett antal applikationer som SEM ger överlägsen information: laterala funktioner som ska lösas av karakteristiska dimensioner under den laterala upplösning WLI, eller fall där olika delar av ett prov kan topografiskt urskiljas endast när sekundär elektronemission koefficienter skiljer sig åt.

En mer teknik för ytinspektion, som ofta används i sekundär jon masspektrometri ⁶ och inom mikroelektromekaniska system karakterisering ⁷ är pennan profilometri. Denna teknik är populär på grund av dess enkelhet och robusthet. Den är baserad på direkt mekanisk kontakt scanning av en stiftspetsen över provytan. Detta är en grov kontakt verktyg, Vilket är stånd att skanna längs en enda linje vid en tidpunkt. Det gör 3D-yta raster-scan avbildning extremt tidskrävande. En annan nackdel med pennan tekniken är svårigheten att mäta ytegenskaper hos högt sidoförhållande och storlek jämförbar med dess karakteristiska spets storlek (submikron till flera mikron typiskt) som innebär en spetsradie och en spets spetsvinkel. En fördel med penna profilometri är dess okänslighet för olika optiska egenskaper hos ett prov som kan påverka noggrannheten hos WLI / OP mätningar (som kommer att diskuteras senare).

Ytan kartor i denna artikel erhölls med hjälp av en konventionell Mirau typ WLI (figur 1). Många företag som Zygo, KLA-Tencor, nanovetenskap, Zemetrics, Nanovea, FRT, Keyence, Bruker, och Taylor Hobson producera kommersiella bordssötningsmedel OP instrument. De förvärvade kartorna rekonstruerades och bearbetas med kommersiell mjukvara av den typ som vanligen används för WLI, skanning elektron, OR sond mikroskopi. Programvaran har förmågan att utföra matematiska manipulationer av ytan, tvärsnittsprofil analys, tomrum och material volymberäkning, och plan korrigering. Andra mjukvarupaket kan automatisera en del av dessa funktioner.