SFT-4500

ナノサーチ®顕微鏡 (Nano Search® Microscope)

 

SFT-4500のスコープテクノロジー

■光学顕微鏡の原理と特長

明視野観察

明視野観察 色情報を得ることができます。 インクジェットドット

試料の上方から可視領域(約400nmから約800nm)の照明光を照射し,反射光を結像させることで数倍から1000倍程度の拡大観察ができます。光学顕微鏡の特長は試料がもつ色をそのまま観察できること,また観察方法を変えることで凹凸を強調したり,物質の特性(偏光特性)を利用した観察ができることです。SFT-4500では以下の観察方法が可能です。
 

明視野観察 試料からの反射光を結像して観察する最も一般的な観察方法
微分干渉観察 試料表面の微小な凹凸にコントラストをつけることで立体的に可視化
簡易偏光観察 偏光(特定の振動方向を持つ光)を照射し試料の偏光特性を可視化

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■レーザー顕微鏡の原理と特長

サブミクロンの観察と測定を可能にするレーザー顕微鏡(LSM:Laser Scanning Microscope)

レーザー顕微鏡の高解像XY走査(イメージ)

光学顕微鏡の平面分解能は使用する光の波長に大きく依存します。短波長のレーザー光を使うレーザー顕微鏡は,可視光を使う従来の顕微鏡に比べて平面分解能に優れています。
SFT-4500では,405nmの短波長半導体レーザーを採用し,高開口数(N.A.)の専用対物レンズ,共焦点光学系を組み合わせることで最大0.12µmの平面分解能を実現しています。また独自の2次元スキャナーによるXY走査で最大4096ピクセル×4096ピクセルの高解像走査を可能にしています。

高さ方向にも優れた測定能力

段差測定(マイクロレンズ)

段差測定(マイクロレンズ)

レーザー顕微鏡では,短波長の半導体レーザーと共焦点光学系の採用により,焦点が合った反射光を検知し,焦点が合わない部分の反射光は除外されます。高精度のリニアスケールと組み合わせることで,正確な3次元測定が可能になります。

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■プローブ顕微鏡の原理と特長

ナノレベルの世界を可視化するプローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)

プローブ顕微鏡の原理

プローブ顕微鏡の原理

先端曲率が10nm程度の微小な探針(プローブ)を試料表面に近づけ,試料との間に発生する力学的・電気的相互作用を検出しながら走査し,3次元的に観察する顕微鏡を総称してプローブ顕微鏡(SPM)といいます。代表的なものとして探針と試料表面の間に働く引力や斥力を検出して走査し画像を得る,原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)があります。ナノレベルで観察することで,試料の姿を精細に捉えることができます。

SPMセンサー部光路図

SPMセンサー部光路図

カンチレバーの走査でナノを観察

SFT-4500では先端に探針(プローブ)を配置したカンチレバーの微小なたわみ量(変位)を高感度に検出する光てこ方式を採用。レーザー光をカンチレバー背面で反射させ,フォトディテクターの一定した位置に当たるようにピエゾ素子でZ駆動させ,微小なZ方向の変位を正確に読み取ります。

ポリマーフィルム

ポリマーフィルム

多彩なモードで表面形状や物性を画像化

プローブ顕微鏡の多彩なモードにより,試料表面の形状観察,測定,さらに物性の解析ができます。SFT-4500では以下のモードに対応しています。

コンタクトモード 表面形状を画像化(硬い表面)
ダイナミックモード 表面形状を画像化(柔らかい表面,粘性のある表面)
位相モード 試料表面の物性の違いを画像化
電流モード * プローブと試料間に流れる電流を検出し画像化
表面電位モード(KFM) * 試料表面の電位を画像化
磁気力モード(MFM) * 試料表面の磁気情報を画像化

*オプションです

高精細,高品質画像のキーを握るカンチレバー

探針(プローブ)は長さ100µmから200µm程度の薄い板状カンチレバーの先端に形成されています。カンチレバーは試料に応じてバネ定数,共振周波数を選択します。走査を繰り返すことにより探針(プローブ)は磨耗するため,必要に応じてまたは定期的にカンチレバーチップを交換します。

高精細,高品質画像のキーを握るカンチレバー
 

SFT-4500が実現する新たなソリューション

プローブ顕微鏡による観察・測定でこんな経験はありませんか?

1.観察対象をプローブ顕微鏡では見失ってしまう。

観察したいポイントを観察用の光学系で見つけても,SPM観察に切り替えて観察すると狙ったポイントの画像がとれない。

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電動レボルバによる倍率,観察方法の切り替え

電動レボルバによる倍率,観察方法の切り替え

 SFT-4500なら 

捉えたターゲットはもう逃さない。
ナノをサーチする新しい顕微鏡。


低倍から高倍観察をカバーする4本の対物レンズとSPMユニットを電動レボルバに搭載。倍率,観察方法をシームレスに切り替えることができ,観察対象を見失いません。まさにナノをサーチできる顕微鏡です。

2.観察対象が見つからない。

従来のプローブ顕微鏡に搭載されている光学系は倍率が低いため,ウエハや結晶の表面にある微小な欠陥を見つけられない,または見つけるのに非常に時間がかかる。

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 SFT-4500なら 

低倍から高倍をカバーし,さらに多彩な観察法で観察対象を素早く発見。

低倍から高倍まで幅広い倍率で観察が可能。さらに高度な光学技術に裏付けられた光学顕微鏡の多彩な観察方法で観察対象を容易に発見することができます。また光学顕微鏡では見えない観察対象をレーザー顕微鏡で見つけることもできます。レーザー微分干渉(DIC)観察ではナノレベルの微小凹凸のライブ観察も可能です。

低倍から高倍をカバーし,さらに多彩な観察法で観察対象を素早く発見。

3.目的の画像を取得するまでの時間をもっと短くしたい。

他の装置で観察対象を見つけてもプローブ顕微鏡に試料を載せ替えると、何度も走査をしないと目的の画像が取得できない。そのため時間が非常にかかってしまう。

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 SFT-4500なら 

試料セットから画像取得まで,作業時間を短縮。

試料をセットしてから全ての操作が1台の装置で行えます。観察対象を素早く,正確にSPM顕微鏡下にもってくることができるため,短時間で目的のSPM画像が取得できます。

試料セットから画像取得まで,作業時間を短縮。

4.試料の評価のために,種類が違う顕微鏡を別々に使わなければならない。

それまで扱った経験のない試料を評価する場合,異なる種類の顕微鏡を別々に試さなければならない。

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一体型だから,試料を載せ替えることなく倍率,観察方法を変えて1台でフレキシブルに対応。
 SFT-4500なら 

一体型だから,試料を載せ替えることなく倍率,観察方法を変えて1台でフレキシブルに対応。

光学顕微鏡,レーザー顕微鏡,プローブ顕微鏡の一体型のため,試料を載せ替えることなく3つの顕微鏡を自在に切り替えて観察,評価が可能です。それぞれが優れた機能を持ち,効率良く最適なアウトプットを得ることができます。

 

SFT-4500が可能にするシームレスな観察・測定

[見つける]観察対象をすぐに見つけることができる

光学顕微鏡の多彩な観察法によって素早く観察対象を探し出す

光源に白色LED光源を採用し,色再現性に優れた高解像カラー画像が観察できます。4本の対物レンズを搭載し低倍から高倍までの観察をカバーします。光学観察の特長を活かし,SFT-4500では,最も使われる明視野観察(B)をはじめ,微細な凹凸にコントラストをつけて立体的に可視化する微分干渉観察(DIC),試料の偏光特性が色で表現される簡易偏光観察が可能です。また露光時間を変えて複数枚の画像を撮影,合成することでバランスのよい明るさ,テクスチャーを強調した画像を表示するHDR機能(ハイダイナミックレンジ機能)を装備。多彩な観察方法で観察対象を素早く探します。

ICパターン

ICパターン

BF 明視野
広く使われている観察方法です。試料に忠実な色で観察ができます。コントラストのある試料の観察に適しています。

ICパターン

ICパターン

DIC 微分干渉
明視野では見えない試料の微小な段差にコントラストをつけることにより,立体的に可視化します。金属組織,ハードディスクやウエハ研磨表面のような鏡面上の傷や異物観察などに適しています。

ダイヤモンド砥粒

ダイヤモンド砥粒

簡易偏光
簡易偏光偏光(特定の振動方向をもつ光)を照射し,試料の偏光特性(屈折率など)を可視化します。金属組織,鉱物,半導体材料などの観察に適しています。

インクジェットドット

インクジェットドット

HDR ハイダイナミックレンジ
露光時間を変えて複数枚の画像を取得し,合成することで,明るい部分、暗い部分をバランスよく観察できます。またテクスチャー(表面状態)を強調することで精細な観察ができます。

レーザー顕微鏡によって,光学顕微鏡で見えないものが見える

短波長405nmのレーザー光源と高N.A.の専用対物レンズの採用により,高い平面分解能を実現。光学顕微鏡では見えなかった観察対象を鮮明な画像で観察することができます。レーザー微分干渉(DIC)ではナノレベルの微小凹凸のライブ観察も可能です。

[近づく]観察対象を素早く、正確にSPMで観察

観察対象を見失わないシームレスな観察を実現

低倍から高倍をカバーする4本の対物レンズと小型SPMユニットを電動レボルバに搭載。光学顕微鏡またはレーザー顕微鏡の50倍,100倍のライブ観察ではSPM走査範囲が視野中心に表示されるため,観察ポイントをこの位置に合わせた後,プローブ顕微鏡に切り替えるだけで観察対象に正確にアプローチすることができます。これにより目的の画像を短時間で取得でき,作業の効率化,またカンチレバーの消耗を低減することができます。

観察対象を見失わないシームレスな観察を実現

SPM観察の流れ

SPM観察に迷わず切り替えられるガイダンス機能
カンチレバーの取り付けや走査範囲の設定など,プローブ顕微鏡で観察をするために必要な準備はガイダンス画面に従って行うことができます。これにより経験の少ない人でも安心して操作ができます。

[ナノを測る]簡単な操作で,迅速に測定結果が得られる
新開発小型SPMヘッド

新開発小型SPMヘッド

ノイズ低減を実現した新開発小型SPMヘッド
SFT-4500では電動レボルバに装着する対物レンズ型SPMヘッドを採用。対物レンズとカンチレバー先端を同軸,同焦に配置しているため,SPM観察に切り替えても観察ポイントを見失うことがありません。さらに新開発した小型SPMヘッドは剛性を高めることで従来製品に比べて画像ノイズを低減し,追従性の向上を実現しました。

ナビゲータ機能でSPM画像を自在に拡大

ナビゲータ機能によりプローブ顕微鏡で取得した画像の必要な部分を,さらに倍率を上げて観察することができます。画像上で拡大範囲をカーソルにより設定し走査を開始するだけで,目的のSPM画像が取得できます。走査範囲は自在に設定できるため観察・測定の効率が大幅に向上します。

ナビゲータ機能 10µm×10µmの画像上で3.5µm×3.5µmの範囲を拡大

ナビゲータ機能 10µm×10µmの画像上で3.5µm×3.5µmの範囲を拡大

曲率測定(ハードディスクのピット)

曲率測定(ハードディスクのピット)

さまざまな目的に対応した解析機能

各種測定モードで取得した画像は目的に応じた解析ができ,測定結果はCSV形式で出力できます。SFT-4500では以下の解析機能があります。

  • 断面形状解析(曲率測定,夾角測定)
  • 粗さ解析
  • 形態解析(面積,表面積,体積,高さ,ヒストグラム値,ベアリングレシオ値)
  • 平均段差測定(ライン指定,面積指定)
  • 粒子解析(オプション)
 

複合型顕微鏡だからできること

走査型レーザー顕微鏡を搭載し,多様な試料に柔軟に対応

SFT-4500は光学顕微鏡,レーザー顕微鏡,プローブ顕微鏡それぞれの優れた機能を持った複合型顕微鏡です。特にレーザー顕微鏡はミクロンからサブミクロンの微小領域の表面形状測定に優れた性能を発揮し,シームレスな測定をプローブ顕微鏡とともに実現します。これにより多様な試料に柔軟に対応し,今まで扱った経験のない試料に対しても最適なアウトプットを得ることができます。

85度の急峻な角度にも対応

85度の急峻な角度にも対応
高N.A.の専用対物レンズと,405nmレーザーの性能を最大限に引き出す専用光学系により,SFT-4500は,今まで測ることのできなかった急峻な角度を持つ試料でも,測定することが可能です。

狭い谷部や細かい形状の測定も可能

狭い谷部や細かい形状の測定も可能
短波長405µmのレーザー光と高N.A.の専用対物レンズの採用により,最高0.12µmの平面分解能を実現。試料表面のサブミクロンの測定が可能になります。さらに高精度リニアスケールと輝度検出技術により,サブミクロンから数百ミクロンの高さの違いを検知することが可能です。またレーザー顕微鏡による測定では測定機の2つの指標である「正確性」(真値への近さ)と「繰り返し性」(ばらつきの小ささ)の両方を性能保証しています。

広範囲のエリアから任意の取り込み箇所を指定

高倍率画像では視野範囲が狭くなりますが,ステッチング機能により,最大625枚までの画像を貼り合わせ,高分解能かつ広視野範囲の画像データを得ることができます。さらに、この広視野画像で3D表示や3D計測を行うことが可能です。

広範囲のエリアから任意の取り込み箇所を指定

 

ガイダンス画面に従って迷わず操作できる6つのSPM測定モード

さまざまな試料に対応する3種類の標準モード

■コンタクトモード
カンチレバーと試料間で働く斥力が一定になるように制御しながらカンチレバーを静的に走査し,試料の高さを画像化します。フォースカーブ測定も可能です。

コンタクトモード

■ダイナミックモード
カンチレバーを共振周波数付近で振動させ,振幅が一定になるようにZ方向の距離を制御することで,試料の高さを画像化します。特に高分子化合物のように表面が柔らかい試料や粘着性のある試料に適しています。

ダイナミックモード

■位相モード
ダイナミックモードで走査中に,カンチレバー振動の位相遅れを検出します。試料表面の物性の違いを画像化できます。

位相モード

さらに3種類のオプションモードを加え,多様な解析をサポート

■電流モード
試料にバイアス電圧を印加し,カンチレバーと試料間に流れる電流を検出し,画像化します。また,I/V測定も可能です。

電流モード

■表面電位(KFM)モード
導電性のカンチレバーを用いて交流電圧を印加し,カンチレバーと試料表面間に働く静電気力を検出し,試料表面の電位を画像化します。KFM(Kelvin Force Microscope)とも呼びます。

表面電位(KFM)モード

■磁気力(MFM)モード
磁化されたカンチレバーを位相モードにて走査し,振動しているカンチレバーの位相遅れを検出し,試料表面の磁気情報を画像化します。MFM(Magnetic Force Microscope)とも呼びます。

磁気力(MFM)モード
 

微小領域の表面粗さを非接触で測定

従来の線粗さ測定と,より情報量が多い面粗さ測定が可能

重要性が増す表面粗さ測定

重要性が増す表面粗さ測定
近年,工業製品の小型軽量化が進み,製品を構成する部品にもさらなる微細化が求められるようになりました。この部品の微細化に伴い,形状測定のみならず表面粗さ測定の重要性が高まっています。
このような市場のニーズを反映し,ISOで規定する三次元面性状測定機としてレーザー顕微鏡,原子間力顕微鏡(AFM)が加わりました(ISO25178-6)。これにより従来の接触式表面粗さ測定と同様に非接触表面粗さが公の評価基準として認められました。SFT-4500ではISOに準拠した粗さパラメーターを搭載しています。

面粗さ測定で粗さの分布や特徴を詳しく捉える

非接触表面粗さ測定では,線粗さに加えて面粗さを測定することができます。面粗さ測定では試料表面上で設定した領域の分布や特徴を捉えることができ,3D画像と照らし合わせた評価が可能です。SFT-4500ではレーザー顕微鏡機能による表面粗さ,プローブ顕微鏡による表面粗さがそれぞれ測定でき,試料や目的によって使い分けることができます。

面粗さ測定で粗さの分布や特徴を詳しく捉える

SFT-4500搭載 粗さパラメーター

パラメーターの互換性

SFT-4500は,触針式表面粗さ測定機と同様の粗さ(2次元)パラメーターを搭載しています。
触針式表面粗さ測定機と同様の操作性,互換性のある測定結果を得ることができます。

面曲線 Pp, Pv, Pz, Pc, Pt, Pa, Pq, Psk, Pku, Psm, PΔq, Pmr(c), Pδc, Pmr
粗さ曲線 Rp, Rv, Rz, Rc, Rt, Ra, Rq, Rsk, Rku, Rsm, RΔq, Rmr(c),Rδc, Rmr, RZJIS, Ra75
うねり曲線 Wp, Wv, Wz, Wc, Wt, Wa, Wq, Wsk, Wku, Wsm, WΔq, Wmr(c), Wδc, Wmr
負荷曲線 Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2
モチーフ R, Rx, AR, W, Wx, AW, Wte
粗さ(JIS1994) Ra(JIS1994), Ry, Rz (JIS1994), Sm, S, tp
その他 R3z, P3z, PeakCount

次世代のパラメーターへの対応

SFT-4500は,ISO25178準拠した粗さ(3次元)パラメーターを搭載しています。
面領域での評価を行うことで,より信頼性の高い解析が可能です。

振幅パラメーター Sq, Ssk, Sku, Sp, Sv, Sz, Sa
機能パラメーター Smr(c), Sdc(mr), Sk, Spk, Svk, SMr1, SMr2, Sxp
体積パラメーター Vv(p), Vvv, Vvc, Vm(p), Vmp, Vmc
横方向パラメーター Sal, Str

高精度カンチレバーが実現する高い信頼性

多彩なラインアップ

プローブ顕微鏡の平面分解能は探針(プローブ)の先端径により決まります。オリンパス(株)製カンチレバーは探針先端の尖りを安定した品質で保ち,高い信頼性を実現しています。また探針位置決めが容易な「TipView」構造や,ピンセットでつまみやすい「新コンセプトチップ」など独自のデザインにより精度だけでなく使いやすさにも優れています。
• カンチレバー製品カタログを別途用意しています。

さまざまなカンチレバーに対応。正確,簡単なカンチレバー交換

カンチレバーは使用頻度に応じて交換が必要です。SFT-4500では電動レボルバ,SPMヘッド,カンチレバーホルダーが厳密に調整されており,カンチレバーの位置が調整されたホルダーをSPMヘッドに挿入するだけでセットが完了します。カンチレバーとホルダーの位置調整は専用治具を使用するため,誰でも正確かつ簡単にできます。またさまざまなタイプのカンチレバーも同じ手順で交換ができ,観察,測定の効率が向上します。

さまざまなカンチレバーに対応。正確,簡単なカンチレバー交換

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