引言

表面粗糙度作為衡量材料表面微觀形貌的關(guān)鍵指標(biāo)，其精準(zhǔn)測(cè)量在精密制造、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。白光干涉儀與原子力顯微鏡（AFM）是兩類常用的粗糙度測(cè)試工具，二者基于不同的測(cè)量原理，在測(cè)試范圍、精度及適用性上存在顯著差異。明確這些差異對(duì)于選擇合適的測(cè)量方法、保障數(shù)據(jù)可靠性具有重要價(jià)值。

測(cè)量原理的本質(zhì)差異

白光干涉儀的測(cè)量原理

白光干涉儀基于光學(xué)干涉現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)粗糙度測(cè)量。寬光譜白光經(jīng)分光鏡分為參考光與物光，參考光經(jīng)固定參考鏡反射，物光照射樣品表面后反射，兩束光在接收端形成干涉條紋。由于白光相干長(zhǎng)度極短（通常小于 20μm），僅樣品表面特定高度層能產(chǎn)生清晰條紋。通過(guò)垂直掃描參考鏡，記錄各點(diǎn)干涉信號(hào)的強(qiáng)度包絡(luò)，其峰值位置對(duì)應(yīng)表面各點(diǎn)高度，最終通過(guò)算法計(jì)算出 Ra、Rz 等粗糙度參數(shù)。

原子力顯微鏡的測(cè)量原理

原子力顯微鏡依賴探針與樣品表面的原子間相互作用力（如范德華力）進(jìn)行測(cè)量。微懸臂末端的納米級(jí)探針貼近樣品表面掃描時(shí)，表面起伏會(huì)導(dǎo)致懸臂偏轉(zhuǎn)，通過(guò)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)（如激光反射）捕捉偏轉(zhuǎn)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為表面高度數(shù)據(jù)。其測(cè)量過(guò)程本質(zhì)是機(jī)械接觸或非接觸式的 “逐點(diǎn)掃描”，通過(guò)三維坐標(biāo)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)粗糙度分析。

測(cè)試范圍與分辨率的差異

空間尺度覆蓋

白光干涉儀的橫向測(cè)量范圍通常為數(shù)十微米至數(shù)毫米，可對(duì)較大面積的表面粗糙度進(jìn)行整體評(píng)估，適合反映表面宏觀粗糙度特征。原子力顯微鏡的橫向掃描范圍較小，通常為納米至微米級(jí)（最大約 100μm），更擅長(zhǎng)捕捉局部微觀區(qū)域的精細(xì)粗糙度，如納米級(jí)凸凹結(jié)構(gòu)。

在垂直分辨率方面，白光干涉儀可達(dá) 0.1nm，能滿足多數(shù)精密加工表面的測(cè)量需求；原子力顯微鏡的垂直分辨率更高，可達(dá)皮米級(jí)（10?12 米），適合超光滑表面或納米尺度粗糙度的極端精密測(cè)量。

粗糙度參數(shù)的適用性

白光干涉儀可高效計(jì)算 Ra（算術(shù)平均偏差）、Rz（輪廓最大高度）等常規(guī)粗糙度參數(shù)，且因測(cè)量面積較大，數(shù)據(jù)更能反映表面粗糙度的統(tǒng)計(jì)平均特性。原子力顯微鏡除常規(guī)參數(shù)外，還可通過(guò)局部掃描獲取更精細(xì)的參數(shù)（如納米級(jí)峰谷距），但受限于測(cè)量面積，數(shù)據(jù)可能存在局部代表性偏差。

測(cè)試效率與環(huán)境要求

測(cè)試速度與操作復(fù)雜度

白光干涉儀采用光學(xué)并行檢測(cè)，單次掃描即可獲取大面積表面數(shù)據(jù)，測(cè)量速度較快（通常數(shù)秒至數(shù)十秒完成一次測(cè)量），且自動(dòng)化程度高，操作人員經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可上手。原子力顯微鏡采用逐點(diǎn)掃描模式，測(cè)量速度較慢（獲取一幅微米級(jí)范圍圖像需數(shù)分鐘），且對(duì)掃描參數(shù)設(shè)置（如探針力、掃描速率）要求嚴(yán)格，操作復(fù)雜度較高。

環(huán)境適應(yīng)性

白光干涉儀受環(huán)境振動(dòng)、溫度波動(dòng)影響較大，需在恒溫（±0.5℃）、防震條件下工作，否則易導(dǎo)致干涉條紋失真，影響粗糙度計(jì)算精度。原子力顯微鏡雖對(duì)振動(dòng)也較敏感，但因測(cè)量尺度小，對(duì)環(huán)境的整體穩(wěn)定性要求略低于白光干涉儀，部分型號(hào)可在普通實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用。

樣品適用性的差異

樣品類型限制

白光干涉儀要求樣品表面具有一定反射率，對(duì)透明或高吸收率材料（如黑色橡膠）需進(jìn)行表面處理（如噴金）才能獲得有效信號(hào)，且難以穿透表面覆蓋層測(cè)量基底粗糙度。原子力顯微鏡對(duì)樣品反射率無(wú)要求，適用于導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體等各類材料，且可直接測(cè)量柔軟、黏性表面（如生物材料）的粗糙度，只需避免探針污染或樣品損傷。

表面形態(tài)適應(yīng)性

對(duì)于具有較深溝槽或陡峭坡度的表面，白光干涉儀可能因光學(xué)陰影效應(yīng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失；原子力顯微鏡的探針可深入納米級(jí)溝槽，更適合復(fù)雜形貌表面的粗糙度測(cè)量，但探針磨損可能影響陡峭區(qū)域的測(cè)量精度。

大視野 3D 白光干涉儀：納米級(jí)測(cè)量全域解決方案

突破傳統(tǒng)局限，定義測(cè)量新范式！大視野 3D 白光干涉儀憑借創(chuàng)新技術(shù)，一機(jī)解鎖納米級(jí)全場(chǎng)景測(cè)量，重新詮釋精密測(cè)量的高效精密。

三大核心技術(shù)革新

1）智能操作革命：告別傳統(tǒng)白光干涉儀復(fù)雜操作流程，一鍵智能聚焦掃描功能，輕松實(shí)現(xiàn)亞納米精度測(cè)量，且重復(fù)性表現(xiàn)卓越，讓精密測(cè)量觸手可及。

2）超大視野 + 超高精度：搭載 0.6 倍鏡頭，擁有 15mm 單幅超大視野，結(jié)合 0.1nm 級(jí)測(cè)量精度，既能滿足納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)檢測(cè)，又能無(wú)縫完成 8 寸晶圓 FULL MAPPING 掃描，實(shí)現(xiàn)大視野與高精度的完美融合。

3）動(dòng)態(tài)測(cè)量新維度：可集成多普勒激光測(cè)振系統(tǒng)，打破靜態(tài)測(cè)量邊界，實(shí)現(xiàn) “動(dòng)態(tài)” 3D 輪廓測(cè)量，為復(fù)雜工況下的測(cè)量需求提供全新解決方案。

實(shí)測(cè)驗(yàn)證硬核實(shí)力

1）硅片表面粗糙度檢測(cè)：憑借優(yōu)于 1nm 的超高分辨率，精準(zhǔn)捕捉硅片表面微觀起伏，實(shí)測(cè)粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，為半導(dǎo)體制造品質(zhì)把控提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

有機(jī)油膜厚度掃描：毫米級(jí)超大視野，輕松覆蓋 5nm 級(jí)有機(jī)油膜，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域高精度厚度檢測(cè)，助力潤(rùn)滑材料研發(fā)與質(zhì)量檢測(cè)。

高深寬比結(jié)構(gòu)測(cè)量：面對(duì)深蝕刻工藝形成的深槽結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)強(qiáng)大測(cè)量能力，精準(zhǔn)獲取槽深、槽寬數(shù)據(jù)，解決行業(yè)測(cè)量難題。

分層膜厚無(wú)損檢測(cè)：采用非接觸、非破壞測(cè)量方式，對(duì)多層薄膜進(jìn)行 3D 形貌重構(gòu)，精準(zhǔn)分析各層膜厚分布，為薄膜材料研究提供無(wú)損檢測(cè)新方案。

新啟航半導(dǎo)體，專業(yè)提供綜合光學(xué)3D測(cè)量解決方案！