Sensofar S neox干涉技術(shù)亞納米級(jí)分辨率

一、白光干涉的核心原理

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

光源與分光：寬帶光源（480-680nm波長范圍）發(fā)出的光經(jīng)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(shí)，若光程差小于光源相干長度（約2-3μm），則產(chǎn)生明暗交替的干涉條紋。

形貌重建：通過壓電陶瓷（PZT）驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)進(jìn)行Z軸掃描，捕捉每個(gè)像素點(diǎn)干涉波包的峰值位置，將其轉(zhuǎn)換為高度信息，最終合成3D表面形貌。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

亞納米級(jí)分辨率：縱向分辨率達(dá)0.1nm（理論值），實(shí)際測(cè)量精度±0.3nm；

非接觸測(cè)量：避免劃傷超光滑表面（如光學(xué)鏡片、晶圓）；

寬適用性：可測(cè)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(biāo)準(zhǔn)PSI技術(shù)

原理：通過PZT精確移動(dòng)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(shù)計(jì)算相位分布：?=arctan

 為第n幀光強(qiáng)。

局限：僅適用于連續(xù)光滑表面（粗糙度<λ/20），對(duì)臺(tái)階、陡坡結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生相位跳變誤差。

2. 八部位移法（Extended PSI）

為突破傳統(tǒng)PSI限制，Sensofar開發(fā)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(jié)合頻域分析與自適應(yīng)濾波；

相位解包裹優(yōu)化：通過傅里葉變換分離噪聲，精準(zhǔn)重建不連續(xù)表面的真實(shí)相位；

性能提升：

粗糙度容忍度提升至λ/2（如50μm臺(tái)階測(cè)量）；

抗環(huán)境振動(dòng)能力增強(qiáng)，實(shí)測(cè)重復(fù)性±0.15nm（1σ）。

三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

干涉物鏡設(shè)計(jì)

Mirau/Linnik雙架構(gòu)：Mirau物鏡適用于常規(guī)測(cè)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(cè)量；

參考鏡調(diào)節(jié)環(huán)：微調(diào)參考鏡位置，確保全光譜范圍內(nèi)干涉精度（尤其針對(duì)多波長光源）。

環(huán)境抗干擾系統(tǒng)

實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償：內(nèi)置傳感器修正空氣折射率變化，消除熱漂移誤差；

動(dòng)態(tài)對(duì)焦鎖定：閉環(huán)控制Z軸平臺(tái)，振動(dòng)環(huán)境下仍保持亞納米穩(wěn)定性。

多模式協(xié)同測(cè)量

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

四、典型工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景

半導(dǎo)體薄膜厚度測(cè)量

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：反射光譜法結(jié)合多層膜模型擬合（圖：模型顯示84±1nm厚度）。

光學(xué)元件面形檢測(cè)

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(cè)量膜厚均勻性（99.2%）與表面瑕疵。

醫(yī)療植入物表面優(yōu)化

案例：鈦合金關(guān)節(jié)微孔結(jié)構(gòu)測(cè)量，量化孔徑分布（50-120μm）與表面取向，生成ISO 10993合規(guī)報(bào)告；

技術(shù)選擇：共聚焦+干涉聯(lián)用，解決高反射金屬表面的干涉噪聲。

五、總結(jié)：技術(shù)壁壘與行業(yè)價(jià)值

Sensofar S neox的白光干涉系統(tǒng)通過八部位移法革新與多模式協(xié)同設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)干涉技術(shù)在不連續(xù)表面測(cè)量中的根本性局限。其價(jià)值體現(xiàn)在：

精度極限：亞納米級(jí)分辨率滿足半導(dǎo)體、光學(xué)領(lǐng)域的超精密標(biāo)準(zhǔn)；

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

跨行業(yè)適配：從晶圓廠（薄膜測(cè)量）到醫(yī)療實(shí)驗(yàn)室（植入物粗糙度分析），提供統(tǒng)一的納米尺度計(jì)量方案。

未來，隨著AI實(shí)時(shí)相位解算與超快掃描模塊的開發(fā)，該技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)制造向原子級(jí)精度邁進(jìn)

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