ZYGO ZeGage Pro核心技術(shù)淺析
要有效運(yùn)用ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro，對其核心測量技術(shù)——白光垂直掃描干涉法的理解是基礎(chǔ)。這項(xiàng)技術(shù)將光學(xué)、精密機(jī)械和數(shù)字信號處理相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)表面三維形貌的非接觸測量。
白光干涉現(xiàn)象是該技術(shù)的物理基礎(chǔ)。設(shè)備使用寬帶白光作為光源，其光波包含多種波長。當(dāng)這束光被分束器分為參考光束和測量光束，并分別從參考鏡和樣品表面反射回來重新組合時，會發(fā)生干涉。由于白光各波長成分的相干性短，只有在兩束光的光程差非常接近零時，所有波長的干涉光才會同相位增強(qiáng)，產(chǎn)生一個明顯的干涉信號峰值（即白光干涉條紋的零級條紋）。這個峰值的位置對于確定表面高度至關(guān)重要。
為了獲取整個表面的高度信息，系統(tǒng)需要進(jìn)行垂直方向的精密掃描。這是通過高精度的位移驅(qū)動器（如壓電陶瓷促動器）來移動干涉物鏡或樣品臺實(shí)現(xiàn)的。在掃描過程中，相機(jī)以ji 高的縱向采樣密度，連續(xù)捕獲一系列整個視場的干涉圖像。對于圖像中的每一個像素點(diǎn)，其對應(yīng)的樣品表面點(diǎn)在掃描過程中，當(dāng)光程差為零時，該像素記錄的光強(qiáng)會達(dá)到一個局部最大值。系統(tǒng)軟件通過特定的算法（如包絡(luò)檢測算法或相移分析算法）處理每個像素的光強(qiáng)變化序列，精確地找出這個最大值所對應(yīng)的掃描位置（Z軸坐標(biāo)）。
將所有像素點(diǎn)計(jì)算出的高度值與其X、Y坐標(biāo)結(jié)合，便構(gòu)成了一個完整的數(shù)字高程矩陣，即樣品表面的三維形貌數(shù)字化表達(dá)。軟件可以將其渲染為偽彩色三維圖像，直觀展示表面的起伏和紋理。
該技術(shù)路徑帶來了幾個特點(diǎn)。首先是“非接觸"，測量過程不與樣品發(fā)生物理接觸，因此不會劃傷或使柔軟樣品變形。其次是“全場測量"，不同于逐點(diǎn)掃描的探針式輪廓儀，它可以一次性獲取整個視場內(nèi)所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)，測量速度相對較快。再者，它具有“高垂直分辨率"，理論上可以達(dá)到亞納米級別，對測量超光滑表面和納米級臺階高度較為有效。
然而，技術(shù)的應(yīng)用也存在一些條件。樣品的表面需要能夠反射足夠強(qiáng)度的光以形成清晰的干涉信號。對于反射率極低（如黑絨布）或wan 全透明的樣品，可能需要通過噴鍍一層薄金屬膜來增強(qiáng)表面反射。此外，測量非常粗糙或傾角過大的表面時，可能會因?yàn)楣饩€散射嚴(yán)重或信號丟失而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整。環(huán)境振動和空氣流動也可能對高精度的干涉測量產(chǎn)生干擾，因此設(shè)備通常需要放置在相對穩(wěn)定的環(huán)境中。
ZeGage Pro的實(shí)現(xiàn)還依賴于穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)以減少外部振動，精密的掃描機(jī)構(gòu)以保證Z軸移動的直線性和重復(fù)性，以及高效、魯棒的數(shù)據(jù)處理算法來從干涉信號中準(zhǔn)確提取高度信息。
理解白光垂直掃描干涉技術(shù)的原理、優(yōu)勢及其局限性，有助于操作者根據(jù)不同的樣品特性合理設(shè)置測量參數(shù)，選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法，并對最終測量結(jié)果的可靠性和適用范圍做出恰當(dāng)?shù)呐袛啵瑥亩行У乩肸YGO ZeGage Pro完成表面計(jì)量任務(wù)。
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