膜厚轮廓仪的多层膜结构全谱段解析技术，是当前半导体、显示及光学器件制造领域的关键突破。该技术通过单次曝光光谱分辨干涉测量法，实现了多层膜厚度与三维表面轮廓的同步实时测量，解决了传统椭偏仪逐点测量效率低、白光干涉法难以分离多层反射信号的难题。
其核心原理在于将像素化偏振相机（PPC）与成像光谱仪耦合，构建了可单次获取宽光谱范围内四组相移干涉图的光学系统。光源采用400-800nm的钨卤素灯，通过柯勒照明实现均匀照度，线性偏振器与消色差四分之一波片组合调控光束偏振状态，使样本和参考镜反射的正交圆偏振光在PPC的微偏振器阵列上形成相移干涉图案。数据处理环节，通过特定公式从四个相移子图中提取光谱相位，分离线性与非线性分量，其中非线性相位反映薄膜厚度变化，线性相位对应表面高度。结合裸硅片校准的绝对反射率数据，构建目标函数优化各层厚度，并通过拟合总相位确定表面轮廓。
以五层薄膜（Si₃N₄-SiO₂-SiON-SiO₂-Si₃N₄）为例，该技术10次测量标准差小于1.6nm，最大偏差14nm，与椭偏仪结果高度吻合；表面台阶高度重构与探针式台阶仪对比，最大偏差小于12nm。其基于线扫描的横向拼接技术，可实现大面积三维厚度轮廓测量，且配备500W像素高分辨率摄像机与亚埃级分辨率传感器，确保无接触损伤精准测量。该技术已广泛应用于半导体产线在线检测，为材料质量保证和生产效率提升提供了强有力的技术支持。
