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滨松紫外相机介绍


利用可见光的视觉技不断进步,已广泛应用于各种场景中。但是,可见光以外的光仍然处在研究中,预计今后的应用案例会有所增加。此技术资料介绍的是比可见光波长更短,人眼所无法感知的紫外线成像技术的现状及应用案例等。


# 什么是紫外线


所谓紫外线是电磁波谱中波长从0.01—0.40微米辐射的光线的总称。因为紫外线的波长比可见光短,人眼无法观察到。此外,紫外线与比可见光相比,因为波长短能量大,其化学作用大,有应用于杀菌等方面,但是,因为300nm以下的光对人眼和皮肤是有伤害的,须避免与人体直接接触。而200nm以下的光会被氧分子和氮分子吸收,很难在大气中进行操作。


# 摄像必备


为了对紫外线进行拍摄,那么需要具备紫外线相对应的光源、光学系统、相机等。在此,我们介绍以相机为核心的各大要素。

1. 光源

以往,紫外光源采用的是普通光源(lamp)或准分子光源等。普通光源虽然价格便宜,但存在寿命的问题,近年来,紫外LED、长寿命光源正在不断增加。


・汞氙灯:200 nm~365 nm有最大峰值


・氘灯:200 nm~


・准分子激光器:193 nm、248 nm及其他


・紫外LED:365 nm、385 nm


2. 光学系统

使用普通透镜的玻璃,虽然可以透过可见光和近红外光,但是对紫外光的透过率极低,紫外光几乎是不能透过的。因此,针对紫外线的拍摄,需要采用带高透过率的石英、CaF2等专门的透镜。针对紫外的透镜,需要注意的是虽然有多数的透镜厂家都有销售,但因厂家、机器种类的不同,对应的波长范围也会有所不同。


3. 相机

广泛使用地普通CCD相机是只针对可见光范围有灵敏度,而滨松公司有针对紫外线有灵敏度的产品。BT-CCD相机C8000-30采用的是640×480像素、30fps的背照式CCD、对紫外区域具备高灵敏度,可进行动态的观察的相机。BT-CCD相机C8000-30、被称为背照式的CCD在紫外范围具有高量子效率。


# 背照式相机的原理


普通CCD,光是从驱动结构某一个面(前面)入射的,光在器件内部的光电转换部,将光转换成电荷。此构造,入射光在透过CCD驱动结构到达光电转换部的过程中被部分削减,只有一小部分的入射光进行了光电转换。尤其,紫外光几乎到达不了光电转换部。针对这种情况,为了实现入射到CCD的光进行高效的信号电荷的转换,对CCD驱动结构的背面进行削薄,从背面入射,相当于向光电转换部直接入射光。因此,在广泛的波长范围,实现高量子效率(光电转换效率)。


# 滨松紫外相机产品参数


# 应用


1. 细微分辨率的观察和检查

在数μm以下对分辨率有要求的观察或检查中使用的照明光源,该光源的波长与所需的分辨率接近。因此,光学分辨率极限便成了一个问题。所谓分辨率是指能够区分2个光斑距离的分辨率,它依赖于光的波长。因此,比起采用可见光,使用波长更短的紫外线,在分辨率方面更有优势。滨松公司的C8484-16C具备130万像素,且每个像素达到4.65 μm,适用于对分辨率有要求的检查。


2. 燃烧分析

世界上约80%能源消耗都是通过燃烧进行的。为了实现更高效率、低副产物的燃烧,燃烧分析非常重要。燃烧分析有很多方法,测定火焰热辐射分布为其中的一种方法。比如因为OH热辐射是在308nm波长时发光,使用带通滤波器,若可以只对该波长进行测量,那么就可进行少外部干扰的测定。该用途有时必须要捕捉瞬间的现象,因此需要能够进行高速快门操作、内部设倍增功能的ICCD。下图是测定燃烧器火焰的自发光热辐射时拍摄的煤气喷灯火焰的自发光热辐射图像。


3. 细小杂质检查

检查在半导体晶片上细小的杂质与检查电路回路上的杂质难度相似,或比这更小尺寸的垃圾是检查上的一个难题。目前,在对制程是在数十nm以下的晶片进行检查时,需要检查出数十nm以下的杂质。通常,在半导体晶片的杂质检查中,需要照射光源,通过对象物体发出的散射光进行观察,因为对象物非常小,接收的到的光极其微弱。比光波长还要小的对象物体发出的散射光是与对象物尺寸的6倍成正比,波长的4倍的成反比。因此,为检测出细小杂质需要照射更短波长的光,同时还要具备非常高灵敏度的相机。


滨松公司的C10000系列采用了高亮度的UV激光,对193nm具备灵敏度的TDI相机。TDI相机是高灵敏度的一维相机,可进行高速扫描摄像。针对半导体晶片面积大小的对象物体,可以进行高速且精细的检查。


4. 观察放电现象

像打印机感光鼓等加高压的设备,发生一点意外放电就可以引发问题。在空气中发生的放电现象,通常会伴随发光。发光是以紫外光为中心波长,并达到可见光波段。因此,使用带通滤波器,通过只观察紫外线,便可在不使用暗室的条件下观察放电现象。


5. 观察半导体曝光设备的光源

在最尖端的半导体曝光设备上,曝光采用的是193nm的光源。此外,液晶用曝光设备上多采用的是i射线(365nm)。紫外灵敏相机利用每个曝光设备上使用的光,对光源或者光学系统进行调整。此外,滨松公司正在推进采用EUV光(13m)的第二代的曝光设备的研发。因为13nm的光不能透过大气,所以需要在真空条件下操作。我公司具备丰富的应对真空条件下的相机的开发经验,开发了对EUV具备灵敏度的相机,可应对面向EUV光的特殊需求。


6. 极紫外光刻

7. 自适应光学成像(哈特曼传感器)


滨松公司为用户准备了针对紫外摄像所需要的光源、相机等器件设备,可广泛应对紫外光的摄像。此外,300nm以下的紫外相机内置了重要的背照式CCD传感器。除了本技术资料中介绍的面阵CCD以外,我们有各种长形等CCD传感器,目前相机产品中没有的器件,也可以根据客户的需求进行定制。


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