Technical Report SPM No.80 走査型プローブ顕微鏡 SPM／白色干渉計複合システム／白色干渉計複合システム－白色干渉計の構造と原理－ 2014.4 SPMは、先端が数nmの細く尖った針を用いて試料表面の形状観察や物性分析を行う顕微鏡で、面分解能が非常に高いことを特徴としています。また、白色干渉計は、光を用いた非接触式測定装置で、試料表面の形状測定を、短時間かつ高分解能で行なうことができます。「AFM5400L」は、SPMと白色干渉計の機能を複合化させることで、1 mm程度の広視野範囲から数nmレベルの狭視野範囲までを、高さ方向分解能0.01 nmという高分解能で、シームレスに測定することを可能としました。ここでは、白色干渉計の原理や測定事例について説明します。 AFM5400L外観白色干渉計の構造と原理特徴 CCDカメラ白色干渉計は、光学レンズを使用した非接触方式の表面形状測定システムで、以下の特徴を持っています。表1はレンズごとの仕様一覧です。レンズ倍率によらず0.01 nmの高さ分解能を有していることが分かります。 ●非接触：試料表面へのダメージがない ●高速測定：測定時間が数秒 ●高分解能：高さ分解能が0.01 nm ●広い測定範囲：100 µm～1 mm バンドパスフィルタビームスプリッタA 表1 白色干渉計レンズ仕様レンズ倍率 10× 20× 50× 視野ｻｲｽﾞ(µm) 947×710 473×355 189×142 NA / WD(mm) 0.3 / 7.4 0.4 / 4.7 0.55 / 3.4 高さ分解能(nm) 0.01 0.01 0.01 面分解能(nm) 910 690 500 ピエゾアクチュエータ照明用光源二光束干渉対物レンズビームスプリッタB 参照面（反射ミラー）サンプル測定事例図1 白色干渉計の構造白色干渉計は、光学顕微鏡をベースとしています。照明用光源からの光を、バンドパスフィルタで特定の波長幅にし、対物レンズを介して試料に照射します。この対物レンズには、マイケルソン型、またはミラウ型の二光束干渉対物レンズが用いられます。レンズ内には参照面（反射ミラー）とビームスプリッタが内蔵されています。 AFM5400Lではミラウ型が採用されています。測定時には、対物レンズを試料に対して高さ方向に走査し、試料からの反射光と、参照面からの反射光の位相差による干渉縞の明暗情報を、CCDカメラのピクセルごとに検出して試料の凹凸を計測します。白色干渉計は、対物レンズに依存しない0.01 nmの高さ分解能を有しています。また、面分解能は対物レンズごとに異なり，倍率50倍，開口数(NA)0.55の対物レンズの場合では約500 nmとなります。図2は、白色干渉計を使用してレーザープリンターの印刷面を測定した事例です。画像の左側は用紙の下地が見えており、右側は赤色トナーの印刷面です。下地と印刷面の段差は約1.25 µmと計測されました。印刷用紙下地面印刷面（赤トナー）高さ1.25µm 図2 レーザープリンタ印刷面の白色干渉計による形状測定 http://www.hitachi-hitec-science.com 本社営業部門〒105-0003 東京都港区西新橋一丁目24番14号大阪営業所 TEL:（050) 3131-6973 名古屋営業所 TEL:（03) 6280-0062 TEL:（052) 219-1678 C 2014 Hitachi High-Tech Science Corporation.