Sensofar S neox干涉技術亞納米級分辨率

一、白光干涉的核心原理

Sensofar S neox的白光干涉技術基于Michelson干涉儀架構，其核心流程如下：

光源與分光：寬帶光源（480-680nm波長范圍）發出的光經分束棱鏡分為兩束：一束射向樣品表面，另一束射向參考鏡。

干涉形成：兩束反射光重新匯合時，若光程差小于光源相干長度（約2-3μm），則產生明暗交替的干涉條紋。

形貌重建：通過壓電陶瓷（PZT）驅動樣品臺進行Z軸掃描，捕捉每個像素點干涉波包的峰值位置，將其轉換為高度信息，最終合成3D表面形貌。

技術優勢：

亞納米級分辨率：縱向分辨率達0.1nm（理論值），實際測量精度±0.3nm；

非接觸測量：避免劃傷超光滑表面（如光學鏡片、晶圓）；

寬適用性：可測表面從鏡面（Sa<0.2nm）到中等粗糙度（Ra<1μm）。

二、相位移干涉（PSI）與八部位移法的突破

1. 標準PSI技術

原理：通過PZT精確移動參考鏡，引入可控相位差（步長π/2），采集多幀干涉圖（通常7幀）。

算法解算：利用反正切函數計算相位分布：?=arctan

 為第n幀光強。

局限：僅適用于連續光滑表面（粗糙度<λ/20），對臺階、陡坡結構易產生相位跳變誤差。

2. 八部位移法（Extended PSI）

為突破傳統PSI限制，Sensofar開發了八部位移法：

多步長掃描：采集8幀干涉圖（步長仍為π/2），結合頻域分析與自適應濾波；

相位解包裹優化：通過傅里葉變換分離噪聲，精準重建不連續表面的真實相位；

性能提升：

粗糙度容忍度提升至λ/2（如50μm臺階測量）；

抗環境振動能力增強，實測重復性±0.15nm（1σ）。

三、關鍵技術創新

干涉物鏡設計

Mirau/Linnik雙架構：Mirau物鏡適用于常規測量，Linnik物鏡解決高NA物鏡的分光難題，支持100X放大下的納米測量；

參考鏡調節環：微調參考鏡位置，確保全光譜范圍內干涉精度（尤其針對多波長光源）。

環境抗干擾系統

實時溫度補償：內置傳感器修正空氣折射率變化，消除熱漂移誤差；

動態對焦鎖定：閉環控制Z軸平臺，振動環境下仍保持亞納米穩定性。

多模式協同測量

EPSI技術：融合PSI與白光干涉（CSI），在百微米量程內保持0.1nm分辨率，覆蓋從超光滑到粗糙表面的全范圍測量。

四、典型工業應用場景

半導體薄膜厚度測量

案例：二氧化硅掩膜厚度（40-80nm）測量，精度±1nm，替代傳統觸針輪廓儀（噪聲5nm RMS）；

技術實現：反射光譜法結合多層膜模型擬合（圖：模型顯示84±1nm厚度）。

光學元件面形檢測

精度：面形誤差PV值<λ/45（λ=633nm），粗糙度Sa<0.2nm；

多層鍍膜分析：同步測量膜厚均勻性（99.2%）與表面瑕疵。

醫療植入物表面優化

案例：鈦合金關節微孔結構測量，量化孔徑分布（50-120μm）與表面取向，生成ISO 10993合規報告；

技術選擇：共聚焦+干涉聯用，解決高反射金屬表面的干涉噪聲。

五、總結：技術壁壘與行業價值

Sensofar S neox的白光干涉系統通過八部位移法革新與多模式協同設計，解決了傳統干涉技術在不連續表面測量中的根本性局限。其價值體現在：

精度極限：亞納米級分辨率滿足半導體、光學領域的超精密標準；

效率提升：單次掃描完成復雜形貌重建（如123×128mm2晶圓兩分鐘成像）；

跨行業適配：從晶圓廠（薄膜測量）到醫療實驗室（植入物粗糙度分析），提供統一的納米尺度計量方案。

未來，隨著AI實時相位解算與超快掃描模塊的開發，該技術將進一步推動制造向原子級精度邁進

Sensofar S neox干涉技術亞納米級分辨率