關(guān)于微分干涉的原理及部分應(yīng)用

發(fā)布者：菲涅爾發(fā)布時(shí)間：2022-09-23

微分干涉原理：

在現(xiàn)代顯微鏡觀察檢驗(yàn)方法中 , 尤其在工業(yè)顯微鏡應(yīng)用領(lǐng)域，除了常規(guī)的明視場(chǎng)BF（Bright field）和暗視場(chǎng)DF(Dark field)觀察方法, 微分干涉相襯觀察法 (DIC：Differential interference contrast) 作為一種新興的觀察檢驗(yàn)方法 , 作為檢驗(yàn)觀察的一種強(qiáng)有力的工具 , 越來(lái)越多的被使用。尤其隨著微電子，平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展，微分干涉觀察法甚至成為某些制程，比如位錯(cuò)檢查，導(dǎo)電粒子壓合，硬盤制造檢測(cè)的關(guān)鍵手段。

其特點(diǎn)主要為 :

(1) 對(duì)金相樣品的制備要求降低 , 對(duì)于某些樣品 ,甚至只需拋光而不必腐蝕處理即可進(jìn)行觀察。優(yōu)點(diǎn)是可以觀察到樣品表面的真實(shí)狀態(tài) ,如將試樣拋光后在真空下發(fā)生馬氏體相變 ,不用腐蝕就可以觀察到馬氏體的相變浮凸 ;

(2) 所觀察到的表面具有明顯的凹凸感 ,呈浮雕狀 ,樣品各組成相間的相對(duì)層次關(guān)系都能顯示出來(lái) ,對(duì)顆粒、裂紋、孔洞以及凸起等都能作出正確的判斷 ,提高了檢驗(yàn)準(zhǔn)確性 ,同時(shí)也增加了各相間的反差 ;

(3) 用微分干涉相襯法觀察樣品 ,會(huì)看到明場(chǎng)下所看不到的許多細(xì)節(jié) ,明場(chǎng)下難于判別的一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或缺陷 ,可通過(guò)微分干涉進(jìn)行反差增強(qiáng)而容易判斷 ;

(4) 微分干涉相襯法基于傳統(tǒng)的正交偏光法 ,又巧妙地利用了在渥拉斯頓棱鏡基礎(chǔ)上改良的諾曼斯基DIC 棱鏡 ,使所觀察的樣品以光學(xué)干涉的方法染上豐富的色彩 ,便于觀察。

微分干涉相襯觀察法——

到了20世紀(jì)50年代，最初的微分干涉相襯系統(tǒng)（DIC），首先由Francis Smith于1955年提出，是在偏振光顯微鏡加入兩個(gè)沃拉斯頓棱鏡，一個(gè)在聚光鏡的前焦面，另一個(gè)在物鏡的后側(cè)焦面。幾年后，喬治.諾馬斯基，波蘭裔法國(guó)物理學(xué)家，改良了標(biāo)準(zhǔn)沃拉斯頓棱鏡結(jié)構(gòu)，利用偏光干涉的原理，從起偏鏡射出的線偏振光通過(guò)一個(gè)有雙折射性質(zhì)的諾馬斯基棱鏡（改良的渥拉斯頓棱鏡）做成的分光束器件，它是由兩片沿對(duì)角線切開(kāi)的棱鏡粘合而成的，線偏振光射入棱鏡時(shí)分解成兩束互相垂直振動(dòng)的有一定相位差的偏振光，兩個(gè)裂距極小的相干光束照射到樣品后，視場(chǎng)中樣品表面上每一點(diǎn)的微小凹凸和折射率不同都會(huì)引起這兩個(gè)光束之間的光程差，返回的光束經(jīng)諾馬斯基棱鏡重新匯合，再通過(guò)檢偏鏡后使它們的振動(dòng)方向一致而發(fā)生干涉，樣品細(xì)節(jié)因光束發(fā)生干涉、振幅變化而變得明暗對(duì)比增強(qiáng)，同時(shí)樣品細(xì)節(jié)圖像呈現(xiàn)出三維立體的浮雕狀效果。諾馬斯基棱鏡可做水平移動(dòng)調(diào)節(jié)，類似相位移動(dòng)的補(bǔ)償器的作用，使視場(chǎng)中物體和背景之間的亮度和干涉顏色發(fā)生變化，從而達(dá)到理想的觀察效果。

同樣的，對(duì)于反射式的金相顯微鏡來(lái)說(shuō)，微分干涉觀察法的實(shí)現(xiàn)，也是在光路中增加起偏鏡和檢偏鏡，以及諾曼斯基微分干涉棱鏡，和透射觀察方法不同的是，在光路中只需要放置一塊微分干涉棱鏡，經(jīng)過(guò)起偏鏡的入射光經(jīng)過(guò)諾曼斯基棱鏡后，分解成O光和E光兩束經(jīng)過(guò)物鏡照射在樣品上，經(jīng)過(guò)樣品的反射，再次經(jīng)由物鏡，并再次穿過(guò)諾曼斯基棱鏡，經(jīng)由檢偏鏡匯合發(fā)生干涉，形成DIC圖像。

DIC觀察的特點(diǎn)

樣品表面的細(xì)微的高度變化可以放大，并呈現(xiàn)3D效果; 對(duì)于原本有高度差異的表面，可以突出層次，分層觀察，如IC線條; 對(duì)透明的膜層或透明樣品的因?yàn)楣獬滩畹牟町愑刹豢梢?jiàn)變?yōu)榭梢?jiàn)，如透明膜或光刻膠等；對(duì)于樣品表面由于密度不同，導(dǎo)致光程差不同，由不可見(jiàn)變?yōu)榭梢?jiàn)，比如位錯(cuò)的觀察，導(dǎo)電粒子的觀察等; 同時(shí)，得益于OLYMPUS全新的UIS2的無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，所有物鏡只需要用同一個(gè)微分干涉棱鏡，操作也非常簡(jiǎn)單。