白光干涉仪作为精密测量领域的“光学显微镜”,凭借其纳米级分辨率和非接触式测量特性,成为半导体、光学加工、微机电系统(MEMS)等领域的核心检测工具。其核心原理基于光的干涉现象,通过解析干涉条纹的微小变化,实现表面形貌的亚纳米级重构。
工作原理:光程差的精密解码
白光干涉仪通过分光棱镜将光源分为两束相干光:一束照射被测样品表面,另一束投射至参考镜。两束反射光重新汇聚后产生干涉,形成明暗相间的条纹。由于白光为多色光,其干涉条纹仅在零光程差(ZOPD)附近呈现高对比度,这一特性使仪器能通过定位条纹峰值精确锁定样品表面高度。例如,在测量太阳能电池栅线时,仪器通过压电陶瓷驱动参考镜进行纳米级位移,结合相位解包裹算法,可解析出栅线任意点,测量重复性误差小于0.5%。
核心优势:精度与效率的双重突破
亚纳米级分辨率:垂直分辨率达0.1nm,横向分辨率达0.5μm,可清晰捕捉纳米级表面起伏。例如,在TFT-LCD电极测量中,能识别50nm深的刻蚀缺陷,高度测量偏差控制在2nm以内。
非接触无损检测:光学干涉原理避免物理接触,尤其适合测量脆性材料(如ITO薄膜)或微米级结构(如MEMS器件),防止划伤或形变。
全场快速成像:通过拼接扫描技术,可在数分钟内完成大面积(如156mm×156mm太阳能电池片)的三维成像,效率远超传统接触式探针或扫描电镜。
多参数分析能力:支持表面粗糙度、台阶高度、线宽、曲率半径等300余种参数测量,符合ISO/ASME/EUR/GBT四大国际标准。
应用场景:从微观到宏观的全覆盖
半导体制造:检测光刻胶厚度均匀性、刻蚀深度及表面粗糙度,确保芯片性能。
光学加工:测量透镜曲率半径、面形精度,优化成像质量。
汽车工业:评估发动机缸体、活塞等零部件的表面形貌,提升耐磨性。
新能源领域:分析太阳能电池栅线高度、铜栅线腐蚀深度,优化导电效率。
白光干涉仪通过光学干涉与智能算法的融合,重新定义了精密测量的边界,成为推动制造向纳米级精度迈进的关键工具。