白光干涉仪(White Light Interferometer, WLI)，又称光学轮廓仪或相干扫描干涉仪，是一种基于白光干涉原理的非接触式三维表面形貌测量仪器。它能以纳米级分辨率快速获取样品表面的三维形貌、粗糙度、台阶高度等关键参数，是现代精密制造、材料科学和微电子领域不可或缺的计量工具。

一、核心原理：利用白光的“短相干性”

　　与传统激光干涉仪使用单色光不同，白光干涉仪利用宽光谱白光(如LED光源)的短相干特性实现精准测量。

　　其工作原理基于迈克尔逊干涉仪光路结构：

　　分光：白光通过分光镜分成两束，一束射向参考镜，一束射向被测样品表面。

　　反射合束：两束光分别从参考镜和样品表面反射回来，重新合束后发生干涉。

　　垂直扫描：通过压电陶瓷(PZT)驱动参考臂或样品台进行垂直方向的精密扫描(步进精度可达纳米级)。

　　相干峰探测：由于白光的相干长度极短(通常仅微米量级)，只有在光程差接近零的极小范围内才会出现清晰的干涉条纹。探测器(CCD相机)会记录下每个像素点在整个扫描过程中光强达到最大值(即相干峰)的精确位置。

　　三维重建：将每个像素点对应的最大光强处的垂直位置信息提取出来，即可精确重构出样品表面的三维形貌图。

二、技术优势：为何成为纳米测量利器？

　　测量范围大、精度高：可实现从毫米量级的轮廓到亚纳米级粗糙度的测量，垂直分辨率可达0.1 nm，水平分辨率取决于物镜放大倍数。

　　非接触、无损伤：完全依靠光学探测，不会对柔软、脆弱或敏感的表面造成任何损伤或污染。

　　测量速度快：一次扫描即可获取数百万个数据点，生成整个视场的三维形貌，速度远高于接触式轮廓仪或原子力显微镜(AFM)。

　　适应性强：可测量各种材料表面(金属、陶瓷、聚合物、薄膜等)，无需考虑其导电性或硬度。

　　功能强大：不仅能提供三维形貌图，还能自动计算上百个表面粗糙度、平整度、几何尺寸等参数(如Sa, Sq, Sz, Step height等)。

三、核心应用场景：从实验室到生产线

　　白光干涉仪的应用已渗透到所有对表面质量有苛刻要求的领域：

　　半导体制造：

　　测量硅晶圆平整度、CMP(化学机械抛光)后表面质量。

　　测量光刻胶厚度、MEMS器件三维结构尺寸和形貌。

　　精密光学：

　　检测透镜、反射镜的面形误差和表面粗糙度。

　　测量增透膜、滤光膜等光学薄膜的厚度和平整度。

　　材料科学研究：

　　量化分析材料磨损、腐蚀、摩擦后的表面演变。

　　测量涂层、镀层的均匀性和厚度。

　　微电子与封装：

　　测量PCB焊盘共面性、Bump凸点高度、芯片粘接质量。

　　精密制造业：

　　评估精密加工(如车、铣、磨、抛光)后的表面质量。

　　测量微注塑、压印等工艺成型件的微结构尺寸。

四、技术局限与发展

　　局限：

　　对过于粗糙或倾斜度太大的表面测量效果不佳(易产生散斑噪声)。

　　无法测量透明多层结构的下层形貌。

　　测量分辨率受物镜倍率和数值孔径(NA)的限制。

　　发展：

　　与AFM联用：结合白光干涉仪的大范围扫描和AFM的超高分辨率，实现跨尺度的测量。

　　高速在线检测：开发更快的扫描算法和相机，将其集成到生产线中进行100%在线质量监控。

　　智能化分析：集成AI算法，自动识别缺陷、分类表面类型并预测产品性能。