Bruker最近发布了通用扫描干涉测量(USI)模式，为ContourX白光干涉测量(WLI)轮廓仪在广泛的表面上提供通用测量结果。
USI.能够自动感测，完全自动化的表面纹理优化信号处理，同时提供分析的表面形貌的最逼真和准确的计算。
本文概述了USI技术如何跨越广泛的应用领域，从半导体制造计量到先进的研究和医疗组件的检测。
技术概述
在USI技术中不需要操作员输入，它可以自动修改算法参数，以在相同视场的各种表面纹理上获得理想的结果，甚至在具有不同高度、对比度和强度的表面上。
USI是独特的，因为它可以配置为自动检测表面类型，并提供最精确的面积计量描述的表面。
作为光学性型轮廓测量内最剧烈的测量方法之一，USI提供单测量模式，该模式将多达120微米的垂直范围集成在几乎所有表面上，无论是不透明还是透明的亚腔计垂直分辨率计量。
在整个垂直测量范围内保持亚纳米垂直分辨率的情况下，还可以使用这种模式获取多尺度数据。以图1为例，展示了一个手机摄像头镜头安装到装配件后的测量结果。
宽扫描范围使得能够测量镜头的侧面。USI的自动表面感测清楚地显示了一旦球形形状自动移除，就会显示在最终图像中的模具销圆柱磨削标记。
图1所示。相机镜头测量（顶部），并拆下球形（底部）。图像信用：布鲁克纳米表面
广泛应用的灵活性
当描述各种样品或在多个用户的情况下，USI包括所有布鲁克的易用性特点，同时保持精度和准确性的任何表面分析通过自动选择。
为了在工业检验中配置连续响应或维持高级研究中的测试和灵活性，USI为用户提供了选择四种操作分辨率模式：自动，标准，高保真度或高速之间的选择。用户可以由用户选择各种方案的过程分辨率，并在基本下拉菜单中呈现（如图2所示）。
图2。USI分辨率模式。图像信用：布鲁克纳米表面
下面描述了四种主要的分辨率设置。
- 自动 - 3D WLI Metrology Profiler将自动检测到表面纹理属性，并且分辨率设置将根据空间地形的频率或幅度调整到三种其他模式之一。
此设置将默认为相对平滑的表面的高保真度。如果表面不太平滑，将使用标准分辨率以使表面信号数据转换为地形图，以高速模式和分辨率之间的平衡。系统将为粗糙表面选择高速模式，拓扑突然和显着波动。
- 标准-主要用于具有亚纳米垂直分辨率的光滑表面，该技术通过速度增强算法根据相位处理表面测量信号。
- 高保真度-当应用程序要求最好的垂直分辨率(0.1纳米)，甚至漫反射或粗糙表面，这是另一个基于相位的算法，将分析扫描多次，以获得最佳和最精确的数据。
- 高速 - 与先前的垂直扫描算法相比，这具有较强的精度，作为质量级（COM）增强算法。通过该设置具有纳米精度的设置可以实现最有效的USI测量结果，并且当表面与大步骤相对粗略时，它主要有益。
这些设置有利于所有的放大，包括较低的，以获得埃的表面分辨率在大的高度属性。这意味着USI适用于高亚微米横向分辨率(高)和大视场(宽)。
自动传感的发展是为了在处理和获取速度与给定放大倍数或表面的最高质量数据之间取得平衡。然后，用户可以完全专注于数据生成或研究，同时了解每次将获得最佳结果。
在地表条件很好的例子中，用户可以选择以最快的方式处理数据，例如，高速选项以最有效的方式获取数据，而垂直分辨率略有下降。
随着分辨率设置，USI提供了一种信噪比（SNR）阈值设置，其排除了具有有限或低质量的信息以捕获高保真地形。
SNR阈值设置智能地使用相位和平均调制数据来呈现百分比的质量排名，以进一步提高一系列样本类型的可靠性。
任何不满足最小规格的特定数据像素将被排除为噪声，并将从最终图像中删除，产生一个无需用户输入的可靠数据集。
0设置不会拒绝数据，而最佳测试的设置为2。USI为Bruker WLI分析器提供多种显着的计量优势，因为它可以直接量化半透明材料的表面。亚博网站下载
例如，数据存储和半导体制造商经常使用氧化铝或介质作为导电材料之间的绝缘屏障。亚博网站下载
大部分光学条纹高度测量算法是从返回从表面返回的相机信号帧的质量计算计算。这意味着，当从底部和透明膜的顶表面上接收到的信号，这些高度都在一个位置中的中间平均以提供平均高度。
在Bruker Profilecometer上，选择合适的USI模式使操作员能够选择两个曲面的最强信号。与替代的非透明导电表面相比，这可以用作高度的测量表面（如图3所示）。
图3。示意图显示新USI模式如何在透明或具有挑战性的表面上提供更准确和更高的保真性地形，而不是传统模式，例如垂直扫描干涉测量法（VSI）。图像信用：布鲁克纳米表面
这种直接的表面测量意味着USI是这些脆弱材料在研磨、沉积和蚀刻过程控制的最佳非接触测量技术。亚博网站下载
先进的Acuityxr.®测量方法还可以与USI一起使用，为特定视场和放大倍数组合提供最高的横向分辨率。
AcuityXR提高了横向重复性，对于类似的测量参数，其边缘检测能力是传统显微镜成像的3到5倍，如图4中每毫米光栅1200条线所示。
图4。1200 l/mm聚合物光栅(39 μ m × 21 μ m)上的亚微米缺陷。图像信用：布鲁克纳米表面
用精密表面分辨率结合大步高度
USI是完美的表征任何表面，从粗糙，台阶，平滑，或在单一图像的混合表面。图5展示了USI的多功能性，它描绘了一个铬在玻璃上的横向分辨率标准(西门子之星)的分析。
本标准集成了两种材料中反射率的差异的成像挑战，以及10倍物镜的衍射极限。亚博网站下载
USI可以达到标准的横向分辨率，直到物理限制，并且精确地量化了数百纳米的阶梯高度，同时测量玻璃基板的表面处理，无需过滤。
USI非常适用于各种应用，其能够产生高度动态表面结构的这种高保真描述。
图5。分辨率玻璃，表面光洁度达埃。图像信用：布鲁克纳米表面
MEMS和Microfluidics应用
图6呈现了微流体设备的3D交互式表示的更接近视图，这是对来自Bruker的USI技术获取的数据质量的遗嘱。这些通道的宽度和深度表征非常重要，因为通常采用这些微流体工具来提供非常少量的精确液体。
USI提供无衍射图像，而无需在替代光学测量装置中观察到的效果，当表征具有微米深光滑的表面的尖锐边缘，高倾斜的阶梯式结构时。
USI随心所用地处理该表面形貌并提供高质量，准确的分析表面数据，这使得能够简单地表征这些工具的基本深度，体积和表面光洁度设计功能参数。
图6。通过多区域直接从Vision64提取的微流体设备的底部通道分析。图像信用：布鲁克纳米表面
半导体和晶片制造
数据存储行业继续严重取决于传统硬盘的生产。通过云存储燃料大部分需求，它们正在增加具有新技术的面密度存储限制，例如Eamr，Mamr和Hamr。
随着该技术的发展，一系列历史滑块测量仍然是必要的，例如空气轴承表面（ABS）的表征。
ABS表面在旋转磁性介质和读写头(滑块)之间创建了一个空气轴承层。这使得滑块悬浮在表面上而不产生接触，同时产生吸力将滑块包含在一致的纳米高度内，以优化读取和跟踪写入性能。
图7显示了滑块ABS阶段特征的USI表征，描绘了数百纳米的特征高度，同时描绘了下蚀刻腔的亚腔轮表表面光洁度和具有抗埃重复性的上空气轴承特征，一切测量扫描。
图7。WLI图像显示(a)带有ABS功能的高清滑块，(b)只有ABS， (c)亚纳米表面抛光的空腔。图像信用：布鲁克纳米表面
半导体工业使用平面化或化学机械抛光(CMP)过程，通过机械和化学力量的结合来平滑晶圆片的表面。
在制造过程中的不同阶段，进行晶片CMP以除去多余的材料以在加入后续电路特征层之前压平表面或揭示底层特征。
CMP过程是在整个晶圆片上进行的，其中包括各种材料，它们以不同的速度平面化和磨损。亚博网站下载侵蚀(特征的深度)和非比例盘化(表面的曲率)是CMP过程的标准结果，这可以在图8所示的过度平坦中观察到。
图8。一种CMP过程导致盘化和深度差异。图像信用：布鲁克纳米表面
这不仅证明了CMP技术中较软的金属材料弯曲或杯状，而且USI还轻松地描述了较大特征的深度和形状，比较小特征大约深10纳米。
半导体行业也有一系列的检查阶段，以验证晶圆组件和功能的正确制造。图9a描绘了一个需要检查的重复晶圆片模具结构，在这个测量的模具中没有观察到明显的视觉缺陷。
图9b展示了通过Bruker的Vision Multiple Region软件观察到的相邻重复模具结构，该软件自动检查和检测这些不同类型的结构。
多区域设置自动检测这些结构，并利用数据库日志记录中的通过/失败标准标记异常的结构。
图9。晶圆镶嵌结构（A）和晶片结构缺陷检查（B），具有多个区域设置。图像信用：布鲁克纳米表面
可以在通过将几个图像一起拼接到完整管芯的单个大图像中来执行较大区域的检测。另一种技术执行类似于缝合，其中在图像获取期间测量每个单独的图像，用于一系列通过/失败标准，其中可以将故障图像纳入以进行额外的分析。
精密表面加工和粗糙度
精密加工是在非常限制的公差下制造部件的过程，以确认在制造过程中实现了适合和完成的技术GDT标注和所有规格。
由于其纳米敏感性和宽视野，与USI测量模式的WLI分析器可以提供更多优势，而替代测量方法可以实现这些细致的设计规格。
图10展示了一个例子，其中两个表面，一个是通过研磨产生的，另一个是垂直研磨产生的，当使用触控笔轮廓仪分析时，产生了大约300纳米的平均粗糙度(Ra)。
图10。300 nm Sa研磨(a)和研磨(b)表面。图像信用：布鲁克纳米表面
USI测量模式对应于2D触针测量(ASME B46.1 / ISO 4287)，但可以显示这些表面之间的明显变化，并可以利用现代和全球知名的面积粗糙度s参数(ISO 25178)测量差异。
精密加工在一系列材料上进行，例如青铜，钢，塑料，玻璃和石墨，仅举几个。亚博网站下载由此产生的复杂部件和零件在航空航天到医疗和汽车的行业中，覆盖了几乎所有行业和技术。
具有单测量USI模式的Bruker的WLI可以量化所有这些表面饰面和材料，如图11所示，通过数十微米铣削表面和精密纳米SA Lapped Mated密封表面所示。亚博网站下载
这些表面的有效表征证明了该技术在整理阶段可以进行迭代控制。
图11。用USI模式观察纳米Sa密封面(a)和几十微米Sa研磨面(b)。图像信用：布鲁克纳米表面
结论
的Bruker光学WLI分析器USI测量模式为用户提供了高效益的用户，包括灵活性，易用性和更广泛的分析范围。
这种自学习，非接触，通用测量模式提供了最精确的3D表面形貌测量，可用于最广泛的表面选择。
如概述所述，USI提供精确、高效的结果，能够为从精密加工和医疗样品到数据存储、半导体晶片设备测量和MEMS等应用提供显著的细节。
通过多个图像实现这些测量以覆盖更大的区域或单个快速测量。3D计量测量中的这种发展提供了当前市场中存在的不同技术表面的范围最精确的描述。
致谢
由Roger Posusta亚博网站下载和Samuel Lesko撰写的材料制作的材料来自Bruker。
这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问布鲁克纳米表面。