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)布時間：2022-09-23

微分干涉原理：

在現(xiàn)代顯微鏡觀察檢驗方法中 , 尤其在工業(yè)顯微鏡應(yīng)用領(lǐng)域，除了常規(guī)的明視場BF（Bright field）和暗視場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方法 , 作為檢驗觀察的一種強有力的工具 , 越來越多的被使用。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，比如位錯檢查，導電粒子壓合，硬盤制造檢測的關(guān)鍵手段。

其特點主要為 :

(1) 對金相樣品的制備要求降低 , 對于某些樣品 ,甚至只需拋光而不必腐蝕處理即可進行觀察。優(yōu)點是可以觀察到樣品表面的真實狀態(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層次關(guān)系都能顯示出來 ,對顆粒、裂紋、孔洞以及凸起等都能作出正確的判斷 ,提高了檢驗準確性 ,同時也增加了各相間的反差 ;

(3) 用微分干涉相襯法觀察樣品 ,會看到明場下所看不到的許多細節(jié) ,明場下難于判別的一些結(jié)構(gòu)細節(jié)或缺陷 ,可通過微分干涉進行反差增強而容易判斷 ;

(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沃拉斯頓棱鏡，一個在聚光鏡的前焦面，另一個在物鏡的后側(cè)焦面。幾年后，喬治.諾馬斯基，波蘭裔法國物理學家，改良了標準沃拉斯頓棱鏡結(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一個有雙折射性質(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，它是由兩片沿對角線切開的棱鏡粘合而成的，線偏振光射入棱鏡時分解成兩束互相垂直振動的有一定相位差的偏振光，兩個裂距極小的相干光束照射到樣品后，視場中樣品表面上每一點的微小凹凸和折射率不同都會引起這兩個光束之間的光程差，返回的光束經(jīng)諾馬斯基棱鏡重新匯合，再通過檢偏鏡后使它們的振動方向一致而發(fā)生干涉，樣品細節(jié)因光束發(fā)生干涉、振幅變化而變得明暗對比增強，同時樣品細節(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調(diào)節(jié)，類似相位移動的補償器的作用，使視場中物體和背景之間的亮度和干涉顏色發(fā)生變化，從而達到理想的觀察效果。

同樣的，對于反射式的金相顯微鏡來說，微分干涉觀察法的實現(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)過起偏鏡的入射光經(jīng)過諾曼斯基棱鏡后，分解成O光和E光兩束經(jīng)過物鏡照射在樣品上，經(jīng)過樣品的反射，再次經(jīng)由物鏡，并再次穿過諾曼斯基棱鏡，經(jīng)由檢偏鏡匯合發(fā)生干涉，形成DIC圖像。

DIC觀察的特點

樣品表面的細微的高度變化可以放大，并呈現(xiàn)3D效果; 對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; 對透明的膜層或透明樣品的因為光程差的差異由不可見變?yōu)榭梢?，如透明膜或光刻膠等；對于樣品表面由于密度不同，導致光程差不同，由不可見變?yōu)榭梢?，比如位錯的觀察，導電粒子的觀察等; 同時，得益于OLYMPUS全新的UIS2的無限遠光學系統(tǒng)，所有物鏡只需要用同一個微分干涉棱鏡，操作也非常簡單。