8
26 “Оптический журнал”, 78, 1, 2011 РАСЧЕТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО СВЕТОВЫХ МИКРОСКОПОВ Введение В настоящее время методы интерференци- онной микроскопии успешно применяются для исследования оптических свойств широкого круга микрообъектов. Основными преимуще- ствами интерференционной микроскопии яв- ляются высокое пространственное разрешение, неинвазивный характер измерения, отсутствие специальных требований к среде измерения (вакуум, красители). Исходя из этого, интерфе- ренционные микроскопы с успехом применя- ются в материаловедении, микроэлектронике и биомедицинских исследованиях. Созданный в МИРЭА в 1984 г. когерент- ный фазовый микроскоп (КФМ) “Эйрискан” впервые подтвердил возможность сверхразре- шения в фазовых изображениях [1]. Данный микроскоп представляет собой модифициро- ванный микроинтерферометр МИИ-4 (ЛОМО), оснащенный фазовым модулятором в опорном плече и диссектором ЛИ-620 в качестве фото- приемной системы. Фаза отраженной от объ- екта волны измеряется методом временных интервалов [1]. Большинство работ, выполнен- ных в МИРЭА, посвящено исследованию кле- УДК 681.723.26 ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОСТРУКТУР МЕТОДОМ МОДУЛЯЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МИКРОСКОПИИ © 2011 г. П. С. Игнатьев; А. В. Лопарев; К. В. Индукаев; П. А. Осипов ООО “Лаборатория Амфора”, Москва Е-mail: [email protected] Разработан модуляционный интерференционный микроскоп с рекордно высоким латеральным разрешением (10–100 нм) и высокой (до 250 кадров в секунду) скоростью получения изображений. Приводятся описания оптической схемы прибора, принципов работы и проблем сверхвысокого оптического разрешения в фазовых изображениях. Обсуждаются возможные пути развития метода модуляционной интерференционной микроскопии, а также области применения метода для исследования наноструктуриро- ванных материалов, топологии интегральных микросхем и морфологии биологических объектов. Ключевые слова: модуляционная интерференционная микроскопия, сверхразреше- ние, оптическая анизотропия, топология ИС, нанодинамика. Коды OCIS: 180.3170, 170.1650 Поступила в редакцию 19.04.2010 точной морфологии с высоким пространствен- ным разрешением [2]. Высокое вертикальное разрешение “Эйрискана” сделало возможным исследование динамики внутриклеточных про- цессов [3]. Серьезным ограничением, затруд- няющим применение КФМ в биомедицинских исследованиях, стало то, что время получения кадра варьировалось от 14 секунд до 15 минут в зависимости от его размера. Кроме того, интер- фейсная плата КФМ “Эйрискан” для ПК позво- ляет работать только с операционной системой DOS, что также ограничивает его применение в составе современных программно-аппарат- ных комплексов. Разработанный во ВНИИОФИ томографи- ческий микроскоп Линника удачно сочетает в себе возможности методов вычислительной томографии с методами фазовых шагов, что дает возможность измерения микрогеометрии, двулучепреломления и динамических характе- ристик измеряемых объектов [4]. Высокое бы- стродействие, возможность измерения двулу- чепреломления и томографическая реконструк- ция изображений предопределили его успешное применение в области оптических измерений, а также позволили внедрить эталон двулучепре-

Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

26 “Оптический журнал”, 78, 1, 2011

РАСЧЕТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕИ ПРОИЗВОДСТВО СВЕТОВЫХ МИКРОСКОПОВ

Введение

В настоящее время методы интерференци-онной микроскопии успешно применяются для исследования оптических свойств широкого круга микрообъектов. Основными преимуще-ствами интерференционной микроскопии яв-ляются высокое пространственное разрешение, неинвазивный характер измерения, отсутствие специальных требований к среде измерения (вакуум, красители). Исходя из этого, интерфе-ренционные микроскопы с успехом применя-ются в материаловедении, микроэлектронике и биомедицинских исследованиях.

Созданный в МИРЭА в 1984 г. когерент-ный фазовый микроскоп (КФМ) “Эйрискан” впервые подтвердил возможность сверхразре-шения в фазовых изображениях [1]. Данный микроскоп представляет собой модифициро-ванный микроинтерферометр МИИ-4 (ЛОМО), оснащенный фазовым модулятором в опорном плече и диссектором ЛИ-620 в качестве фото-приемной системы. Фаза отраженной от объ-екта волны измеряется методом временных интервалов [1]. Большинство работ, выполнен-ных в МИРЭА, посвящено исследованию кле-

УДК 681.723.26

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОСТРУКТУР МЕТОДОМ МОДУЛЯЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МИКРОСКОПИИ

© 2011 г. П. С. Игнатьев; А. В. Лопарев; К. В. Индукаев; П. А. Осипов

ООО “Лаборатория Амфора”, Москва

Е-mail: [email protected]

Разработан модуляционный интерференционный микроскоп с рекордно высоким латеральным разрешением (10–100 нм) и высокой (до 250 кад ров в секунду) скоростью получения изображений. Приводятся описания оптической схемы прибора, принципов работы и проблем сверхвысокого оптического разрешения в фазовых изображениях. Обсуждаются возможные пути развития метода модуляционной интерференционной микроскопии, а также области применения метода для исследования наноструктуриро-ванных материалов, топологии интегральных микросхем и морфологии биологических объектов.

Ключевые слова: модуляционная интерференционная микроскопия, сверхразреше-ние, оптическая анизотропия, топология ИС, нанодинамика.

Коды OCIS: 180.3170, 170.1650

Поступила в редакцию 19.04.2010

точной морфологии с высоким пространствен-ным разреше нием [2]. Высокое вертикальное разрешение “Эйрискана” сделало возможным исследование динамики внутриклеточных про-цессов [3]. Серьезным ограничением, затруд-няющим применение КФМ в биомедицинских исследованиях, стало то, что время получения кадра варьировалось от 14 секунд до 15 минут в зависимости от его размера. Кроме того, интер-фейсная плата КФМ “Эйрискан” для ПК позво-ляет работать только с операционной системой DOS, что также ограничивает его применение в составе современных программно-аппарат-ных комплексов.

Разработанный во ВНИИОФИ томографи-ческий микроскоп Линника удачно сочетает в себе возможности методов вычислительной томографии с методами фазовых шагов, что дает возможность измерения микрогеометрии, двулучепреломления и динамических характе-ристик измеряемых объектов [4]. Высокое бы-стродействие, возможность измерения двулу-чепреломления и томографическая реконструк-ция изображений предопределили его успешное применение в области оптических измерений, а также позволили внедрить эталон двулучепре-

Page 2: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

27“Оптический журнал”, 78, 1, 2011

ломления. Однако реализация метода фазовых шагов не позволила достичь сверхразрешения, что также ограничило область его применения для исследования наноразмерных структур.

Развитие вычислительной техники позволи-ло разработать ряд интерференционных мето-дов, в которых изображения строятся по одной интерферограмме. К таким методам относится метод Гильберт Фазовой Микроскопии (ГФМ) [5]. Благодаря “одношаговой” природе мето-да достигнуто быстродействие 600 кадров в се-кунду и показана возможность воспроизведения изображений в реальном времени. На ос нове ГФМ разработан оригинальный метод измере-ния показателя преломления однородных мик-рообъектов, например эритроцитов, получив-ший название интерференционная рефракто-метрия [6]. Разрешение метода ГФМ ограни-чено числом интерференционных полос в поле зрения объектива, строго подчиняющимся за-конам дифракции, следовательно, такой под-ход принципиально не позволяет достичь опти-ческого сверхразрешения.

Наиболее широкое распространение полу-чили интерференционные методы, основанные на использовании некогерентных источников излучения. Эти методы легли в основу ряда приборов, производимых компаниями Wyko и Zygo, и успешно применяются в полупровод-никовой промышленности для контроля топо-логии интегральных микросхем [7, 8]. Следует отметить, что латеральное разрешение таких микроскопов не превышает 250 нм, что также ограничивает возможности их применения при переходе на новые технологические стандарты в интегральной электронике.

C помощью сканирующей гетеродинной схе-мы интерферометра была показана возможность разделения вкладов в оптическую разность хода показателя преломления и геометрической вы-соты профиля объекта благодаря возможности одновременного захвата фазового и интенсив-ностного кадров [9]. Однако латеральное разре-шение этого микроскопа ограничено дифракци-ей на объективе и составляет 0,67 мкм при ис-пользовании в качестве источника излучения He–Ne лазера (λ = 633 нм).

Из приведенного обзора следует вывод о перспективности применения методов интер-ференционной микроскопии для широкого круга исследований оптических свойств нано-структур, однако существующие методы не обе-спечивают сочетание сверхразрешения и высо-кого быстродействия.

В настоящей работе рассматривается новая модификация модуляционного интерференци-онного микроскопа МИМ-300, который позво-ляет регистрировать распределение оптических параметров изучаемого микрообъекта (коэффи-циентов преломления, отражения, анизотро-пии) и предусматривает одновременное обеспе-чение высокого пространственного разрешения и быстродействия.

Метод МИМ

В основу оригинального метода МИМ поло-жен принцип измерения локальных фаз промо-дулированной объектом световой волны [10–12].

Принципиальное отличие метода МИМ от вы-шеописанных методов интерференционной ми-кроскопии заключается в том, что модуляция световой волны проводится по двум парамет-рам (фаза и поляризация). При этом сочетание высокого разрешения и быстродействия дости-гается за счет реализации нового алгоритма обработки интерферограмм, в котором удачно сочетаются возможность сверхразрешения фа-зометрических методов интерференционной микроскопии [13] с быстродействием методов фазовых шагов. Данный алгоритм предусматри-вает оптимальный выбор стартовой точки съема кадра в зависимости от положения керамики в опорном плече, а характер ее движения опти-мизирован для увеличения частоты моду-ляции.

Оптическая схема лазерного канала пред-ставляет собой модификацию интерферометра Маха–Цандера с фазовым модулятором в опор-ном плече (рис. 1). Основное преимущество схемы Маха–Цандера состоит в возможности управления поляризацией, как в объектном, так и в опорном плечах интерферометра для по-следующей регистрации поворота плоскости по-ляризации, вносимого измеряемым образцом.

Управление поляризацией осуществляется при помощи автоматизированных поляриза-ционных модуляторов (PM), позволяющих не только вращать плоскости поляризации объ-ектного и опорного лучей интерферометра, но и изменять тип поляризации на эллиптиче-скую или круговую.

Для выбора области записи фазового изо-бражения микрообъекта в качестве источни-ка освещения используется белый светодиод (LED), а амплитудное изображение регистри-руется камерой белого света (WLC) (рис. 1а). В зависимости от типа микрообъекта и техники

Page 3: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

28 “Оптический журнал”, 78, 1, 2011

исследования в качестве источника когерент-ного излучения могут быть использованы по-лупроводниковый (λ = 405 нм), твердотельный Nd:YVO4 (λ = 532 нм) и He–Ne (λ = 633 нм) лазеры. Измеряемый объект размещается на столе S под микрообъективом О1. Сколлими-рованный пучок от лазера L проходит через по-луволновую пластинку (1/2WP) и затем расще-пляется на поляризующем светоделителе PBS. Введение в оптическую схему полуволновой пластинки и поляризационного светоделителя позволило реализовать светоделитель с пере-менным коэффициентом деления интенсивно-сти пучка. Это позволит добиваться оптималь-ного контраста интерференционной картины в зависимости от коэффициента отражения изу-чаемого объекта и, следовательно, рациональ-но использовать динамический диапазон CMOS камеры. Один из расщепленных пучков (объ-ектный) фокусируется объективом О1 на объ-ект S и после отражения от зеркальной подлож-ки через светоделитель BS1 и телескопическую систему Т попадает на фотоприемник D. В ка-честве фотоприемника используется 12-бит-ная CMOS камера Silicon Imaging модель SI – 1280f (рис. 1б).

Опорный пучок фокусируется объективом О2 на зеркало, закрепленное на пьезомодуля-торе РМD, и после отражения от него также по-падает на фотоприемник. Фазовое изображение формируется модернизированным трехшаговым методом. Для осуществления поляризацион-ных исследований перед камерой D устанавли-вается анализатор А.

Принципиальным конструктивным отли-чием от предыдущих приборов МИМ является конструкция интерферометра, реализованная в едином “моноблоке”. Такая реализация позво-лила достичь высокой жесткости конструкции и минимизировать воздействие внешних фак-торов на интерферометр. Новая конструкция стола вертикальных подач позволила улучшить механические характеристики прибора и дала возможность по зиционировать измеряемый объект по верти кали с дискретностью пере-мещения 5 нм и результирующей точностью 50 нм. Такие характеристики необходимы для реализации алгоритма, позволяющего изме-рять рельеф высотой до десятков микрон.

Использование встроенной памяти камеры позволило увеличить скорость получения фа-зовых изображений, что является актуальной задачей при исследовании быстропротекающих процессов, таких как колебания пьезокерамик

и динамика биологических объектов. Режим вычитания калибровочного кадра позволил ис-ключить дефекты, вызванные “битыми” пик-селами и реализовать дополнительный инстру-мент для борьбы со спеклами и другими дефек-тами изображения.

Использование вышеописанных техниче-ских решений позволило достичь разреше-ния менее 0,5 нм по вертикали и 15–100 нм – в плоскости объекта, что превышает предел раз-решения существующих методов интерферен-ционной микроскопии. Следует отметить, что разрешение при фазовых измерениях опреде-ляется характеристиками как самого сигнала, так и измерительного прибора [14].

Применение МИМ

Универсальность метода МИМ позволяет реализовать на его основе специализированные микроскопы, адаптированные под исследова-тельские задачи в области материаловедения, микро- и наноэлектроники, а также биотехно-логии.

Материаловедение

Применение МИМ в ряде исследований по-зволило создать оригинальные методики иссле-дования оптических свойств наноматериалов, тонких пленок поляризующих покрытий и фо-тонных кристаллов [15].

Одним из актуальных направлений в мате-риаловедении является анализ структуры и шероховатости сверхгладких поверхностей, на-пример, кремниевых и GaAs подложек инте-гральных микросхем. Известно, что параметры шероховатости подложек наряду с наличием дефектов кристаллической решетки во многом определяют электрические и магнитные свой-ства формируемых на них элементов тополо-гии. Применение МИМ для контроля шерохо-ватости сверхгладких подложек позволило не только определять параметры шероховатости подложек со сверхразрешением, но и выявлять ряд дефектов, недоступных другим методам микроскопии, таких как, например низкоча-стотные колебания формы поверхности и ме-ханические напряжения. На рис. 2 приведены фазовые портреты GaAs подложек интеграль-ных микросхем с шероховатостью Ra = 0,22 нм (рис. 2а), Ra = 0,6 нм (рис. 2б). Подложка, по-казанная на рис. 2б, имеет низкочастотные про-странственные колебания формы, приводящие

Page 4: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

0

0

2

10

10

20

20

мкм

мкм

нм

(а)

0

0

2

1010

2020

мкммкм

нм

(б)

PBSPBS

PM

WLC WLC

BS1BS1

BS2

1/2 WP1/2 WP

BS2

DD AA

TT

O2O2

O1 O1LEDLED

S Sобъект объект

L L

PMPM PM

PMD PMD

(а) (б)

Uмод

Рис. 1. Оптическая схема микроскопа МИМ-300. Навигационный канал белого света (а) и лазерный из-мерительный канал (б). Пояснения к схемам в тексте.

Рис. 2. Фазовые портреты GaAs подложек интегральных микросхем. Ra = 0,22 нм (а) и Ra = 0,6 нм (б).

Рис. 3. Распределение коэффициента пропускания тонкой пленки покрытия LCD дисплея для поляризации P-типа (а) и S-типа (б), распределение коэффициента дихроизма (в).

0

10

10

10

15

5

20

20x, мкм

y, мкм

Kd

(в)

(б)

0

10

10

20

40

60 20

20

x, мкм

y, мкм

T , %

(а)

10

3,33,3

10

70

80

90

20

x, мкмy, мкм

T||, %

Page 5: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

0

0

0,4

0,4

0,80,8

1,2

20

y, мкмx, мкм

h, нм

дефект

140

70

00,2 мкм

нм

(а) (б)

0

60

120

0,03 мкм

0,2 0,4 0,6 0,8 мм

h, нм(в)

(г)

0 20

20

40 60

60

80 100

100

120

0,5

0

6000

0

200

200

400

400

800

1000

1,5

1,0

2,0

2,5

мкм

(а)

(б)

(в)

(г)

Время, с

h, нм

h, нм

Час

тота

, Г

ц

0

0

10

10

1

2

Рис. 5. Исследование динамики нервных волокон. Микрофотография (а), фазовый портрет (б), профили сечений фазовых портретов вдоль линий 1 и 2 (в), скалограмма, полученная с помощью вейвлет-пре-образования (г).

Рис. 4. Топологический элемент интегральной микросхемы. Микрофотография (а), фазовый портрет (б), профиль поперечного сечения фазового портрета (в) и дефект в структуре флэш-памяти, находящийся под слоем SiO2 (г).

Page 6: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

29“Оптический журнал”, 78, 1, 2011

к нарушению свойств наносимых элементов то-пологии.

Еще одним важным применением МИМ яв-ляется неразрушающий контроль качества многослойных диэлектрических покрытий при производстве лазерных зеркал. Разработанные методики позволяют метрологически досто-верно измерять шероховатость поверхности на уровне 0,2–0,3 нм.

Полный контроль поляризации, реализован-ный в МИМ, позволяет проводить уникальные эллипсометрические исследования тонких пле-нок оптически анизотропных материалов с раз-мером пятна менее 100 нм. Практически важ-ным применением таких исследований являет-ся контроль качества покрытий LCD дисплеев. На рис. 3 приведен пример определения коэф-фициента дихроизма поляризующего покрытия.

МИМ позволяет локализовать оптически ак-тивные области кристаллических нанострукту-рированных материалов, таких как фотонные кристаллы. Подобные исследования позволяют оценить размеры структурных элементов, что во многом определяет свойства кристалла.

Полупроводниковые технологии (микро- и наноэлектроника)

В настоящее время для анализа тополо-гии интегральных схем (ИС) производители используют микроскопы на основе интерфе-рометров белого света, однако латерального раз-решения таких приборов недостаточно для ана-лиза структур с вертикальными стенками, в то время как этот показатель (угол верти кальности стенки) весьма информативен и позволяет полу-чать важную информацию о качестве элементов топологии на различных стадиях технологиче-ского процесса. Важно отметить, что в прибо-рах МИМ на структурах с большим градиентом фазы между соседними точками изображения (например, граница раздела проводящего слоя и подложки) достигается латеральное разре-шение до 10 нм. На рис. 4 показан топологиче-ский элемент интегральной микросхемы: изо-бражение, полученное с помощью камеры бе-лого света (рис. 4а), его фазовое изображение (рис. 4б) и фазовый профиль (рис. 4в) вдоль ли-нии сечения. По профилю сечения была опреде-лена вертикальность стенки: ее ширина соста-вила 30 нм при перепаде фазовой высоты про-филя 150 нм.

Важным параметром при оценке качества изготовления ИС является шероховатость Ra

вертикальной стенки. В настоящее время для решения этих задач применяются атомно-силовые микроскопы (АСМ) с кантилевером специальной формы, однако вследствие низкого быстродействия его применение в технологиче-ских линиях весьма проблематично. МИМ по-зволяет определять шероховатость вертикаль-ной стенки с приемлемой для производителей точностью 0,3–0,5 нм.

Еще одним применением МИМ в микро-электронике является поиск дефектов ИС, нахо-дящихся под слоем оптически прозрачного SiO2. Применение АСМ для решения подобных задач ограничено необходимостью послойной шли-фовки поверхности образца. На рис. 4г показан приповерхностный дефект (размером 300 нм) в структуре флэш-памяти.

Биомедицинские исследования

В настоящее время в биологии и медицине актуальны задачи неинвазивного исследования морфологии клетки и ее метаболических про-цессов. Высокое пространственное разрешение, количественный характер получаемой инфор-мации и отсутствие необходимости применения дорогостоящих красителей позволяют исполь-зовать МИМ в качестве универсального инстру-мента для исследования оптических и динами-ческих свойств живой клетки [16].

На основе метода МИМ была разработана ме-тодика исследования динамики изолированных нейронов сегментных ганглиев пиявки Hirudo medicinalis. Основная идея методики состоит в сопоставлении контрастных частот в спектрах флуктуаций фазовой высоты нейрона с функ-циональным состоянием клетки. Использова-ние МИМ для изучения нерегулярных измене-ний в нейронах позволяет расширить диапазон наблюдаемых явлений и анализировать более тонкую структуру процессов регуляции состоя-ния мембраны и цитоплазмы при генерации и проведении возбуждения в норме и при патоло-гии [17]. В сочетании с современными алгорит-мами обработки сигналов, такими как вейвлет и фонетический анализ, МИМ позволяет иссле-довать колебания миелиновой оболочки нервно-го волокна [18]. На рис. 5 приведены изображе-ния нервного волокна в белом свете (рис. 5а), фазовое изображение (рис. 5б), профили се-чения фазового изображения 1 и 2 (рис. 5в) и скалограмма, полученная с помощью вейвлет-преобразования. На скалограмме выделены ритмические компоненты с частотами 0,3, 0,5,

Page 7: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

30 “Оптический журнал”, 78, 1, 2011

0,8 и 1,5 Гц, соответствующие определенным внутриклеточным процессам (рис. 5д). Пока-зано, что ритмы 0,8–1,0 Гц соответствуют дея-тельности K+ каналов, ритмы в районе 1,5 Гц со-ответствуют колебаниям ворсинок Швановской клетки.

Возможность регистрации слабых (до 0,01) изменений показателя преломления внутри клетки используется для изучения фазовой микромор фологии клеток крови при различ-ных воздействиях [19, 20].

Совместно с сотрудниками ВНИИВСГЭ был разработан оригинальный метод определения жизнеспособности спор микроспоридий рода Nosema по их фазовым изображениям [21]. По-казано, что при действии на споры паров мура-вьиной кислоты и при термической обработке фазовая толщина спор снижалась на 30%. Об-суждается возможность применения разрабо-танной методики для исследования спор гриб-ковых заболеваний человека.

Обсуждение и выводы

Следует отметить, что кроме вышеописан-ных преимуществ, интерференционные микро-скопы, в том числе и МИМ, имеют ряд огра-ничений, возможные варианты преодоления которых было бы интересно рассмотреть в рам-ках данной работы. В настоящей технической реализации МИМ максимальная регистрируе-мая фазовая высота рельефа микрообъекта ограничена половиной длины волны излучения используемого лазера. Это ограничение преодо-левается путем использования специаль ных программ восстановления скачков фазовой вы-соты, возникающих при исследовании рельефа с перепадом высот больше λ/2. Данное ограни-чение также преодолевается за счет реализа-ции системы сканирования по вертикали, на-пример, на основе алгоритма прецизионного перемещения предметного столика или микро-объектива в объектном плече интерферометра.

Еще одной важной проблемой интерферен-ционной микроскопии является борьба со спе-клами, когерентными шумами и паразитной интерференцией. Важно отметить, что интер-ференционные методы микроскопии, регистри-рующие фазовые изображения, принципиаль-но не чувствительны к подобного рода шумам, однако при исследовании структур на пределе разрешения, например, подложек ИС, спе-клы и когерентные шумы ухудшают качество изображений. В МИМ эта проблема решается

комплексно и включает использование высоко-качественной просветленной (R < 0,1%) опти-ки, применение оригинальных методов юсти-ровки оптической системы и использование источников излучения с малой длиной коге-рентности.

Использование источников излучения с ма-лой (менее 1 см) длиной когерентности, таких как суперлюминесцентные диоды, позволит значительно снизить уровень когерентных шумов. Здесь выявляется проблема оптималь-ного сочетания малой длины когерентности и стабильности по частоте. Уменьшение време-ни получения кадра до 0,3 с позволяет исполь-зовать полупроводниковые лазеры с шириной линии в спектре генерации 5 нм. Экспери-менты продемонстрировали возможность по-лучения качественных изображений и дости-жения уровня шумов в фазовых изображениях менее 1 нм.

Для исследования образцов полупроводнико-вой промышленности необходима точная при-вязка области измерений к координатной сет-ке, обеспечив при этом большой (до 200 мм) ди-апазон перемещений, нанометровую точность позиционирования и систему обратной связи. Такая привязка необходима, например, для ло-кализации дефектных структур на готовых вей-ферах. Для решения подобных задач разработа-на модификация МИМ, совмещенная со сверх-прецизионным координатным столом на основе бесконтактных магнито-аэростатических вин-товых передач.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тычинский В.П. Микроскопия субволновых струк-тур // УФН. 1996. Т. 166. № 11. С. 1219–1229.

2. Тычинский В.П. Когерентная фазовая микроско-пия внутриклеточных процессов // УФН. 2001. Т. 171. № 6. С. 649–661.

3. Тычинский В.П. Динамическая фазовая микро-скопия: возможен ли “диалог” с клеткой? // УФН. 2007. Т. 177. № 5. С. 535–552.

4. Вишняков Г.Н., Закарян К.С., Левин Г.Г., Стре-лецкая Е.А. Исследование оптически прозрачных объектов при помощи томографического микро-скопа Линника // Измерительная техника. 1999. № 1. С. 46–49.

5. Ikeda T., Popescu G., Dasari R., Feld M. Hilbert phase microscopy for investigating fast dynamics in transparent systems // Opt. Lett. 2005. V. 30. P. 1165–1167.

6. Popescu G. et al. Erythrocyte structure and dynamics quantified by Hilbert phase microscopy // J. Biomed. Opt. 2005. V. 10. P. 0605031–0605033.

Page 8: Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии

31“Оптический журнал”, 78, 1, 2011

7. http://www.veeco.com/promos/default.aspx?PromoID=75&gclid=COCRzdOyuqACFQw9ZgodUnxBUA

8. http://zygo.com/?/met/interferometers/pti250/

9. Kwon F.H., Kim B.S., Cho K. A new scanning het-erodyne interferometer scheme for mapping both surface structure and effective local reflection coefficient // Optics Express. 2008. V. 16. № 17. P. 13456–13464.

10. Индукаев К.В. Патент России № 2181498. 2001.

11. European Patent Application № 01922153.0-2217. 2001.

12. US Patent Application № 10/466,351. 2003.

13. Andreev V.A., Indukaev K.V. The problem of sub-rayleigh resolution in interference microscopy // Journal of Russian Laser Research. 2003. V. 24. № 3. P. 220–236.

14. Андреев В.А., Индукаев К.В. Распределение фазы Рытова-Владимирского в интерферометре Лин-ника // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2000. № 5.

15. Игнатьев П.С., Индукаев К.В., Лопарев А.В., Осипов П.А. Новые аспекты применения МИМ-310 для нанометрологии // Тез. докл. “Высокие технологии XXI века”. М., 2009. С. 17–23.

16. Лопарев А.В., Игнатьев П.С., Индукаев К.В., Осипов П.А., Мазалов И.Н., Козырев А.В. Высо-коскоростной модуляционный интерференци-

онный микроскоп для медико-биологических исследований // Измерительная техника. 2009. № 11. С. 60–64.

17. Brazhe A.R., Brazhe N.A., Maksimov G.V., Igna-tyev P.S., Rubin A.B., Mosekilde E., Sosnovtse-va O.V. Phase-modulation laser interference micro-scopy: an advance in cell imaging and dynam-ics study // J Biomed Opt. 2007. V. 3. № 13. P. 034004.

18. Brazhe A.R., Brazhe N.A., Rodionova N.N., Yusipo-vich A.I., Ignatyev P.S., Maksimov G.V., Mo-sekilde E., Sosnovtseva O.V. Non-Invasive Study of Live Nerve Fibers using Laser Interference Microscopy // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 2008. V. 366. № 1880. P. 3463–3481.

19. Игнатьев П.С., Индукаев К.В., Лопарев А.В., Оси-пов П.А. Новое поколение лазерных микроскопов для медико-биологических исследований // Тез. докл. II Московской региональной научно-практической конференции “Цитометрия в ме-дицине и биологии: фундаментальные и при-кладные аспекты”. М., 2009. С. 34–36.

20. Лопарев А.В., Кретушев А.В., Тычинский В.П. Когерентная фазовая микроскопия: новый метод идентификации внутриклеточных структур по их оптическим и морфометрическим параметрам. Биофизика. 2008. Т. 53. № 2. С. 299–304.

21. Сохликов А.Б., Игнатьев П.С. Лазерная интерфе-ренционная микроскопия при нозематозе // Пче-ловодство. 2008. № 6. С. 25–28.