تطبيق مقياس تداخل الضوء الأبيض في جهاز العرض الرأسي

1. المقدمة
في مجال التصنيع الدقيق، ومعالجة أشباه الموصلات، وهندسة الأسطح على مستوى الميكرو/النانوي، يتزايد الطلب على قياسات دقيقة لملامح السطح الرأسية. غالبًا ما تكون الطرق التقليدية القائمة على التلامس أو منخفضة الدقة غير كافية من حيث الدقة والكفاءة. تستخدم أجهزة قياس الارتفاع الرأسية، المتخصصة في قياس ارتفاع الأسطح بدون تلامس، بشكل متزايد تقنية تداخل الضوء الأبيض (WLI) كتقنية أساسية نظرًا لدقتها العالية ومتانتها. تُقدم هذه المقالة مبادئ عمل تقنية تداخل الضوء الأبيض (WLI) وتشرح كيف تُمكّن من دقة رأسية على مستوى النانو في قياس الارتفاع الرأسي.

2. أساسيات قياس تداخل الضوء الأبيض
يستخدم قياس تداخل الضوء الأبيض مصدر ضوء عريض النطاق، مثل مصباح LED أو مصباح هالوجين، ويعتمد على مبدأ مقياس تداخل ميكلسون. يُقسّم الضوء إلى شعاع مرجعي وشعاع قياس. بعد انعكاسه من المرآة المرجعية وسطح العينة، يُعاد دمج الشعاعين لتكوين أهداب تداخل.

بخلاف الضوء أحادي اللون، يتميز الضوء الأبيض بطول تماسك قصير جدًا. لذلك، لا تظهر أهداب التداخل إلا عندما يكون فرق المسار الضوئي بين الشعاعين قريبًا من الصفر. تُمكّن هذه الخاصية من تحديد موقع ارتفاع السطح بدقة على طول المحور الرأسي.

3. هندسة نظام مقاييس الارتفاع الرأسية باستخدام WLI
يتكون مقياس الارتفاع العمودي النموذجي المستند إلى WLI من الوحدات الرئيسية التالية:

مصدر الضوء عريض النطاق: يوفر طيف ضوء مستمر في النطاق المرئي؛

الهدف التداخلي (على سبيل المثال، من نوع Mirau أو Linnik): يجمع بين حزم المرجع والقياس؛

آلية المسح على المحور Z: تحريك الرأس التداخلي أو العينة عموديًا بدقة على مستوى النانومتر؛

نظام التصوير: يلتقط تسلسلات صور التداخل باستخدام كاميرا CCD أو CMOS؛

خوارزمية معالجة الصور: تقوم بتحليل اختلاف التباين الهامشي عند كل بكسل لتحديد ارتفاع السطح.

4. تحقيق دقة عمودية بمقياس النانومتر
تتمثل القدرة الأساسية لتقنية قياس الملامح القائمة على WLI في دقتها الرأسية، والتي يتم تحقيقها من خلال خوارزميات محددة:

كشف ذروة الغلاف: مناسب للأسطح الخشنة أو المتدرجة؛ يحدد ارتفاع السطح بتحديد أقصى موضع تباين في غلاف التداخل. الدقة النموذجية: ١-١٠ نانومتر.

قياس التداخل بتحويل الطور: مثالي للأسطح الملساء؛ يحلل التغيرات الطورية لحواف التداخل لاستخراج معلومات الارتفاع التي تصل إلى أقل من النانومتر.

يمكن دمج هذه الخوارزميات أو تحديدها تلقائيًا استنادًا إلى نوع السطح، مما يتيح للنظام التكيف مع سيناريوهات القياس المختلفة.

5. المزايا والقيود
المزايا:

القياس بدون تلامس وبدون تدمير؛

دقة عمودية عالية (تصل إلى 1 نانومتر)؛

يمكن تطبيقه على الأسطح العاكسة أو الشفافة أو الخشنة إلى حد ما.

القيود:

حساسة للاهتزازات البيئية؛ يوصى باستخدام أنظمة العزل؛

القدرة المحدودة على قياس الجدران الجانبية شديدة الانحدار أو الخنادق العميقة؛

تكلفة أعلى، وأكثر ملاءمة للتطبيقات المتوسطة إلى عالية الجودة مع متطلبات دقة صارمة.

6. الخاتمة
يُعدّ قياس تداخل الضوء الأبيض تقنية بصرية راسخة تُمكّن أجهزة قياس التداخل الرأسية من إجراء قياسات سطحية عالية الدقة وغير تلامسية. بفضل أساسه الفيزيائي المتين وموثوقيته المُثبتة، وجد جهاز WLI تطبيقًا واسع النطاق في صناعات أشباه الموصلات والبصريات والمواد الدقيقة. وبالنظر إلى المستقبل، سيُعزز دمجه مع أنظمة مسح أسرع، وخوارزميات مُحسّنة، ومنصات آلية، قدراته في مجال القياس عالي الدقة.