白光干涉仪：微观表面形貌的三维测绘大师

我们肉眼所见的光滑金属、玻璃、芯片表面，在高倍率视角下观察，实则布满凹凸起伏的微观纹路、坑洼与凸起。这些细微的表面形貌特征，直接决定了精密器件的耐磨性、透光性、结构稳定性与整体使用寿命。在精密制造、半导体、新材料研发等高端领域，想要精准捕捉微观世界的表面细节、实现全域形貌表征，白光干涉仪便是当之无愧的三维测绘大师，凭借无损、高精度、高效率的技术优势，解锁微观形貌的精准密码，成为精密检测领域的核心设备。

图1 商用白光干涉仪整机实物

图片来源：技术邻，国产中图仪器 SuperView W1 白光干涉仪实拍图

白光干涉仪是依托白光低相干干涉原理研发的精密光学检测设备，区别于传统接触式测量仪器，它依托非接触式扫描方式，规避了接触检测带来的各类弊端，成为微观形貌检测的主流核心工具。其核心工作原理源于光的干涉特性：设备发射的宽光谱白光，经分光结构分为两路光束，一路为参考光束，投射至标准参考镜面；另一路为测量光束，照射在待测样品表面。两路光束分别反射后重新汇合，因传播光程存在差异，形成明暗交错的专属干涉条纹。

图2 白光干涉仪光路原理示意图

图片来源：托托科技行业科普资料，Mirau 型干涉物镜光路结构图

相较于单色激光的长相干特性，白光具备短相干的独特属性，仅在两路光束光程差高度匹配的状态下，才能形成清晰有效的干涉条纹。这一核心特性让仪器可以精准锁定样品表面每一处位置的高度信息，搭配高精度竖向扫描模块与智能解析算法，快速采集、解析干涉信号，将样品表面细微的高低落差转化为标准化形貌数据，精准重构出完整、立体的微观三维形貌模型。

超高检测精度、样品无损伤、全域高效检测，是白光干涉仪的核心优势。在检测能力上，它具备极高的空间分辨能力，能够精准捕捉传统检测设备无法识别的细微划痕、微孔、纹理差异，可全面解析样品表面平整度、波纹度、粗糙度等多项核心形貌参数，检测精度处于光学形貌检测设备的顶尖水平。在检测方式上，全程非接触式扫描无需触碰样品表面，不会对超软薄膜、精密芯片、易碎光学元件等脆弱样品造成挤压、划痕、形变等损伤，适配各类高精密、易损样品的检测需求。

同时，它彻底打破了传统检测设备单点取样、局部检测的局限，可完成样品大面积区域的连续扫描，短时间内生成完整的三维形貌模型，兼顾超高检测精度与高效检测效率，既能满足大批量工业产品的快速质检需求，也能适配科研场景的精细化深度分析。无论是高平整的晶圆镜面、均匀细腻的功能镀膜涂层，还是纹理复杂的精密加工结构，均可实现全方位、无死角的精准形貌测绘。

图3 半导体芯片三维形貌测绘结果

图片来源：技术邻，白光干涉仪实测芯片表面彩色 3D 云图

凭借优异的综合性能，白光干涉仪已广泛应用于各类高端精密产业与前沿科研领域。半导体行业中，主要用于晶圆、芯片封装结构的微观形貌检测，精准排查制程工艺缺陷，保障芯片制造的精密性与稳定性；在光学领域里，可精准检测各类光学镜片、滤光片的表面形貌质量，严控光学器件的成像精度与使用性能；在精密加工领域，用于检测精密模具、微型零件的表面加工质量，辅助优化加工工艺、提升产品精度。除此之外，在微机电系统、新型功能涂层材料、生物医用精密器件、高端存储介质等细分领域，它也是品质管控、工艺迭代与技术研发的核心检测装备。

从肉眼无法辨识的细微微观纹理，到结构规整的精密微型结构，白光干涉仪以光学原理为核心、智能算法为依托，精准描摹微观世界的立体轮廓。它突破了传统微观检测技术的诸多瓶颈，让无形、难测的微观形貌变得可视、可析、可量化，为高端精密制造产业升级、新材料技术创新筑牢精准检测的核心根基，持续为高端制造业与前沿科研领域的创新发展赋能。

（作者：天津大学精密仪器与光电子工程学院 傅潇然，中国仪器仪表学会科普培训部 李淑慧）