Sensofar干涉儀Microdisplay微鏡陣列技術

作為全球三維表面形貌測量領域的企業(yè)，西班牙Sensofar公司推出的S neox系列白光干涉儀憑借其革命性的共聚焦模式，重新定義了非接觸式精密測量的技術邊界。該模式通過融合共聚焦顯微技術與白光干涉原理，實現(xiàn)了從亞納米級光滑表面到毫米級粗糙結構的全范圍覆蓋，成為半導體制造、材料科學、生物醫(yī)學等領域的核心檢測工具。

一、共聚焦模式的技術內核：光路設計與算法突破

S neox的共聚焦模式采用微顯示器掃描共聚焦技術，通過在測量頭內集成高分辨率微顯示器陣列，替代傳統(tǒng)機械掃描部件，實現(xiàn)了無運動部件的光學系統(tǒng)設計。這一創(chuàng)新解決了傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡因高速運動部件導致的振動干擾問題，將系統(tǒng)噪聲降低至1nm以下，同時使數(shù)據(jù)采集速度提升至180幀/秒，較傳統(tǒng)設備快5倍。

在光路設計上，系統(tǒng)采用四色LED光源（紅、綠、藍、白）與數(shù)值孔徑0.95的150倍物鏡組合，形成焦深僅0.3μm的超薄光層。當樣品表面位于焦平面時，反射光通過共聚焦針孔形成強信號；偏離焦平面時，信號被針孔濾除，從而構建出高對比度的光學切片。配合連續(xù)共聚焦掃描算法，系統(tǒng)可同時進行面內與Z軸掃描，避免離散面采集的耗時問題，將典型三維圖像獲取時間縮短至3秒。

二、核心性能指標：從納米到毫米的測量跨越

橫向分辨率：通過優(yōu)化點擴散函數(shù)，共聚焦模式實現(xiàn)0.10μm的橫向分辨率，配合0.01μm的空間采樣間隔，可精確捕捉微電子器件中的關鍵尺寸（CD）特征。例如，在碳化硅基晶圓檢測中，系統(tǒng)可清晰分辨50nm寬的電路線條邊緣。

縱向精度：采用亞納米級Z軸定位系統(tǒng)，結合干涉測量校準，共聚焦模式在光滑表面（Ra<10nm）的測量重復性達0.1%，臺階高度測量精度優(yōu)于0.5%。對于粗糙表面（Ra>1μm），系統(tǒng)通過多焦面疊加技術擴展測量范圍，支持最大86°的局部斜率檢測。

動態(tài)范圍：通過智能切換共聚焦、白光干涉與相位差干涉模式，系統(tǒng)可覆蓋0.1nm至34mm的垂直測量范圍。在汽車發(fā)動機缸套紋理評估中，系統(tǒng)可同時表征微米級油槽深度與毫米級缸套直徑。

三、軟件生態(tài)：從數(shù)據(jù)采集到智能分析的全鏈路支持

S neox搭載的SensoSCAN軟件系統(tǒng)為共聚焦模式提供了直觀的操作界面與強大的分析功能：

一鍵式模式切換：用戶無需硬件調整，即可在共聚焦、干涉與多焦面模式間自由切換，適應從超光滑光學鏡片到激光加工粗糙表面的多樣化需求。

ISO標準兼容性：系統(tǒng)內置ISO 25178（三維表面參數(shù)）與ISO 4287（輪廓參數(shù)）標準庫，支持Sa、Sq、Sz等30余種表面參數(shù)的自動計算，并生成符合國際規(guī)范的檢測報告。

智能缺陷檢測：通過SND（Sensofar Noise Detection）算法，系統(tǒng)可逐像素識別不可靠數(shù)據(jù)點，在保持0.16μm XY分辨率的同時，將噪聲水平控制在0.1nm以內。例如，在半導體封裝檢測中，系統(tǒng)可精準定位5μm級的芯片翹曲缺陷。

四、典型應用場景：跨行業(yè)的精密測量解決方案

半導體制造：在晶圓表面形貌控制中，共聚焦模式可檢測納米級薄膜厚度不均勻性。例如，在有機光電器件激光成型工藝中，系統(tǒng)通過測量飛秒激光加工后的層間結構，將器件電流損耗降低15%。

增材制造：針對金屬3D打印件的表面紋理分析，系統(tǒng)可量化工藝誘導的形狀偏差與表面粗糙度變化。在鈦合金航空零件檢測中，共聚焦模式幫助優(yōu)化激光粉末床熔融參數(shù)，使表面粗糙度Ra從12μm降至3μm。

生物醫(yī)學：在細胞形貌研究中，系統(tǒng)通過非接觸式測量避免樣本污染，結合紅綠藍三色LED照明，可還原細胞膜的真實色彩與紋理。巴塞羅那大學藥學學院利用該技術，揭示了毒性處理對細胞存活率的影響機制。

五、技術演進：從第五代系統(tǒng)到未來創(chuàng)新

作為Sensofar第五代干涉共焦顯微鏡的代表作，S neox通過融合共聚焦掃描模式，將共聚焦的高分辨率與多焦面疊加的大范圍測量優(yōu)勢相結合，開創(chuàng)了三維形貌測量的新范式。未來，隨著AI驅動的自動缺陷分類與超快激光干涉技術的集成，共聚焦模式將進一步拓展至量子器件制造與太空材料研究等前沿領域。

Sensofar S neox的共聚焦模式以其無運動部件設計、亞納米級精度、毫秒級掃描速度與全場景適應性，重新定義了精密測量的行業(yè)標準。從納米電子器件到宏觀機械部件，從實驗室研究到工業(yè)產(chǎn)線，這一技術正持續(xù)推動制造業(yè)向更高精度、更高效率的方向演進。

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