白光干涉與3D形貌測量【背景介紹】 在半導體、集成電路、MEMS超精密制造領域，基本上都采用納米級的加工工藝，并匹配亞納米級的測量技術。如何對加工過程的品質有效控制，如何對器件表面微結構進行精確測量非常重要。白光干涉測量系統是非常有效的3D表面的高精度測量設備，可以對納米級加工表面完成如下測量和分析： 表面粗糙度、臺階高度、平面度、翹曲度、曲率半徑和瑕疵缺陷。 白光干涉儀和邁克爾遜干涉的基本原理類似，都是基于分振幅的雙光束干涉，主要區別在于：前者采用的復色光，甚至是寬帶光源白光來產生干涉，而后者主要采用單色光的光源。白光干涉儀中，由于各種波長的光所產生的干涉條紋明暗交錯重疊，通常很難觀察到可見的條紋。只有找到等光程位置，是觀察到白光干涉條紋的必要條件。
單色光干涉與白光干涉
商用白光干涉儀的一般光路結構（采用米勒干涉物鏡） 【實驗設備】 我們的白光干涉實驗裝置基于Twyman-Green結構，下圖所示
Twyman-Green白光干涉儀示意圖 在搭建白光干涉實驗時，在參考鏡和被測平面等光程的條件下，光源發出的光經過擴束，準直后經分光棱鏡分成兩束，一束經被測表面反射回來，另外一束光經參考鏡反射，兩束反射光最終匯聚并發生干涉，CCD將光學強度信號轉變為數字信號， 通過測量干涉條紋的變化來測量表面三維形貌，可用于對各種精密器件表面進行納米級測量。
白光干涉與3D形貌恢復裝置 這套白光干涉實驗提供了標準的三維形貌恢復算法，能實現40nm的高度分辨率，成功實現20um、40um光學波導腔的3D形貌恢復和高度差測量。 對學有余力、興趣濃厚、有志創新的學生，可以此作為實驗開發平臺，將干涉圖樣采集下來后，結合位移控制系統，編寫自己的phase wrapping算法，探索實現各種微觀結構的三維形貌恢復、表面粗糙度計算等。
【Application Notes】 1、以下為用戶采用搭建白光干涉測量實驗，得到的光學波導腔的三維結構信息（圖一、圖二） 2、硬幣的局部三維形貌恢復（圖三、圖四）
圖一
圖二
圖三
圖四 實驗平臺主要參數： 1）參考光波長：650nm+/-5nm 2）信號光：LED白光 3）樣品臺：≤φ60mm，行程不大于10mm，具有水平二維擺動功能 4）參考鏡：電動控制，位移分辨率1μm，移動速度：1~200μm/s可調 5）實驗樣品：1英寸玻璃片，20μ/40μ深度微納腔 6）500萬像素彩色相機加10英寸液晶顯示器在線監測，也可USB線外接電腦進行圖像采集 7）控制軟件PHOTONLABS WLI2022，可以實現激光器開關控制，反射鏡運動控制等。
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