Sensofar干涉仪Microdisplay微镜阵列技术

作为全球三维表面形貌测量领域的企业，西班牙Sensofar公司推出的S neox系列白光干涉仪凭借其革命性的共聚焦模式，重新定义了非接触式精密测量的技术边界。该模式通过融合共聚焦显微技术与白光干涉原理，实现了从亚纳米级光滑表面到毫米级粗糙结构的全范围覆盖，成为半导体制造、材料科学、生物医学等领域的核心检测工具。

一、共聚焦模式的技术内核：光路设计与算法突破

S neox的共聚焦模式采用微显示器扫描共聚焦技术，通过在测量头内集成高分辨率微显示器阵列，替代传统机械扫描部件，实现了无运动部件的光学系统设计。这一创新解决了传统共聚焦显微镜因高速运动部件导致的振动干扰问题，将系统噪声降低至1nm以下，同时使数据采集速度提升至180帧/秒，较传统设备快5倍。

在光路设计上，系统采用四色LED光源（红、绿、蓝、白）与数值孔径0.95的150倍物镜组合，形成焦深仅0.3μm的超薄光层。当样品表面位于焦平面时，反射光通过共聚焦针孔形成强信号；偏离焦平面时，信号被针孔滤除，从而构建出高对比度的光学切片。配合连续共聚焦扫描算法，系统可同时进行面内与Z轴扫描，避免离散面采集的耗时问题，将典型三维图像获取时间缩短至3秒。

二、核心性能指标：从纳米到毫米的测量跨越

横向分辨率：通过优化点扩散函数，共聚焦模式实现0.10μm的横向分辨率，配合0.01μm的空间采样间隔，可精确捕捉微电子器件中的关键尺寸（CD）特征。例如，在碳化硅基晶圆检测中，系统可清晰分辨50nm宽的电路线条边缘。

纵向精度：采用亚纳米级Z轴定位系统，结合干涉测量校准，共聚焦模式在光滑表面（Ra<10nm）的测量重复性达0.1%，台阶高度测量精度优于0.5%。对于粗糙表面（Ra>1μm），系统通过多焦面叠加技术扩展测量范围，支持最大86°的局部斜率检测。

动态范围：通过智能切换共聚焦、白光干涉与相位差干涉模式，系统可覆盖0.1nm至34mm的垂直测量范围。在汽车发动机缸套纹理评估中，系统可同时表征微米级油槽深度与毫米级缸套直径。

三、软件生态：从数据采集到智能分析的全链路支持

S neox搭载的SensoSCAN软件系统为共聚焦模式提供了直观的操作界面与强大的分析功能：

一键式模式切换：用户无需硬件调整，即可在共聚焦、干涉与多焦面模式间自由切换，适应从超光滑光学镜片到激光加工粗糙表面的多样化需求。

ISO标准兼容性：系统内置ISO 25178（三维表面参数）与ISO 4287（轮廓参数）标准库，支持Sa、Sq、Sz等30余种表面参数的自动计算，并生成符合国际规范的检测报告。

智能缺陷检测：通过SND（Sensofar Noise Detection）算法，系统可逐像素识别不可靠数据点，在保持0.16μm XY分辨率的同时，将噪声水平控制在0.1nm以内。例如，在半导体封装检测中，系统可精准定位5μm级的芯片翘曲缺陷。

四、典型应用场景：跨行业的精密测量解决方案

半导体制造：在晶圆表面形貌控制中，共聚焦模式可检测纳米级薄膜厚度不均匀性。例如，在有机光电器件激光成型工艺中，系统通过测量飞秒激光加工后的层间结构，将器件电流损耗降低15%。

增材制造：针对金属3D打印件的表面纹理分析，系统可量化工艺诱导的形状偏差与表面粗糙度变化。在钛合金航空零件检测中，共聚焦模式帮助优化激光粉末床熔融参数，使表面粗糙度Ra从12μm降至3μm。

生物医学：在细胞形貌研究中，系统通过非接触式测量避免样本污染，结合红绿蓝三色LED照明，可还原细胞膜的真实色彩与纹理。巴塞罗那大学药学学院利用该技术，揭示了毒性处理对细胞存活率的影响机制。

五、技术演进：从第五代系统到未来创新

作为Sensofar第五代干涉共焦显微镜的代表作，S neox通过融合共聚焦扫描模式，将共聚焦的高分辨率与多焦面叠加的大范围测量优势相结合，开创了三维形貌测量的新范式。未来，随着AI驱动的自动缺陷分类与超快激光干涉技术的集成，共聚焦模式将进一步拓展至量子器件制造与太空材料研究等前沿领域。

Sensofar S neox的共聚焦模式以其无运动部件设计、亚纳米级精度、毫秒级扫描速度与全场景适应性，重新定义了精密测量的行业标准。从纳米电子器件到宏观机械部件，从实验室研究到工业产线，这一技术正持续推动制造业向更高精度、更高效率的方向演进。

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