Sensofar S neox干涉技术亚纳米级分辨率

一、白光干涉的核心原理

Sensofar S neox的白光干涉技术基于Michelson干涉仪架构，其核心流程如下：

光源与分光：宽带光源（480-680nm波长范围）发出的光经分束棱镜分为两束：一束射向样品表面，另一束射向参考镜。

干涉形成：两束反射光重新汇合时，若光程差小于光源相干长度（约2-3μm），则产生明暗交替的干涉条纹。

形貌重建：通过压电陶瓷（PZT）驱动样品台进行Z轴扫描，捕捉每个像素点干涉波包的峰值位置，将其转换为高度信息，最终合成3D表面形貌。

技术优势：

亚纳米级分辨率：纵向分辨率达0.1nm（理论值），实际测量精度±0.3nm；

非接触测量：避免划伤超光滑表面（如光学镜片、晶圆）；

宽适用性：可测表面从镜面（Sa<0.2nm）到中等粗糙度（Ra<1μm）。

二、相位移干涉（PSI）与八部位移法的突破

1. 标准PSI技术

原理：通过PZT精确移动参考镜，引入可控相位差（步长π/2），采集多帧干涉图（通常7帧）。

算法解算：利用反正切函数计算相位分布：ϕ=arctan

 为第n帧光强。

局限：仅适用于连续光滑表面（粗糙度<λ/20），对台阶、陡坡结构易产生相位跳变误差。

2. 八部位移法（Extended PSI）

为突破传统PSI限制，Sensofar开发了八部位移法：

多步长扫描：采集8帧干涉图（步长仍为π/2），结合频域分析与自适应滤波；

相位解包裹优化：通过傅里叶变换分离噪声，精准重建不连续表面的真实相位；

性能提升：

粗糙度容忍度提升至λ/2（如50μm台阶测量）；

抗环境振动能力增强，实测重复性±0.15nm（1σ）。

三、关键技术创新

干涉物镜设计

Mirau/Linnik双架构：Mirau物镜适用于常规测量，Linnik物镜解决高NA物镜的分光难题，支持100X放大下的纳米测量；

参考镜调节环：微调参考镜位置，确保全光谱范围内干涉精度（尤其针对多波长光源）。

环境抗干扰系统

实时温度补偿：内置传感器修正空气折射率变化，消除热漂移误差；

动态对焦锁定：闭环控制Z轴平台，振动环境下仍保持亚纳米稳定性。

多模式协同测量

EPSI技术：融合PSI与白光干涉（CSI），在百微米量程内保持0.1nm分辨率，覆盖从超光滑到粗糙表面的全范围测量。

四、典型工业应用场景

半导体薄膜厚度测量

案例：二氧化硅掩膜厚度（40-80nm）测量，精度±1nm，替代传统触针轮廓仪（噪声5nm RMS）；

技术实现：反射光谱法结合多层膜模型拟合（图：模型显示84±1nm厚度）。

光学元件面形检测

精度：面形误差PV值<λ/45（λ=633nm），粗糙度Sa<0.2nm；

多层镀膜分析：同步测量膜厚均匀性（99.2%）与表面瑕疵。

医疗植入物表面优化

案例：钛合金关节微孔结构测量，量化孔径分布（50-120μm）与表面取向，生成ISO 10993合规报告；

技术选择：共聚焦+干涉联用，解决高反射金属表面的干涉噪声。

五、总结：技术壁垒与行业价值

Sensofar S neox的白光干涉系统通过八部位移法革新与多模式协同设计，解决了传统干涉技术在不连续表面测量中的根本性局限。其价值体现在：

精度极限：亚纳米级分辨率满足半导体、光学领域的超精密标准；

效率提升：单次扫描完成复杂形貌重建（如123×128mm²晶圆两分钟成像）；

跨行业适配：从晶圆厂（薄膜测量）到医疗实验室（植入物粗糙度分析），提供统一的纳米尺度计量方案。

未来，随着AI实时相位解算与超快扫描模块的开发，该技术将进一步推动制造向原子级精度迈进

Sensofar S neox干涉技术亚纳米级分辨率