薄膜世界的“度量衡”：白光干涉膜厚仪如何撑起精密制造半边天？

手机屏幕的触控灵敏度、芯片的运算速度、太阳能电池的发电效率，甚至眼镜镜片的防蓝光效果——这些看似无关的产品性能，背后都指向一个共同的关键指标：薄膜厚度。在膜厚测量技术体系中，白光干涉膜厚仪以其超高精度、非接触式测量及宽量程适配性等技术优势，已成为精密制造领域的核心测量设备。

1、基本原理：

理解白光干涉膜厚仪的工作机制，需以白光干涉效应的物理原理为切入点。光具有波粒二象性，当两束频率相同、振动方向一致且相位差恒定的相干光相遇时，将发生干涉效应，形成亮暗交替的干涉条纹。白光是包含可见光全波长范围（400-760nm）的复合光，其干涉条纹呈现独特的等厚干涉特征：薄膜厚度的差异会导致入射白光产生不同的光程差，进而在干涉图像中形成具有特征识别性的条纹信号。

图1. 白光干涉膜厚仪的原理图（左）和干涉条纹图（右）

2、为什么是“白光”？

激光vs.白光：激光相干性好，能产生清晰的干涉条纹，但其干涉信号是周期性的，对于厚度超过半个波长的薄膜，就会产生测量模糊度——你无法确定是第几个周期的条纹，导致测不出真实厚度。

白光的优势：白光由多种波长的光组成，相干长度极短（通常只有几微米）。只有在光程差几乎为零的极小区域内，才会产生一个独一无二的、对比度最高的中央干涉条纹。这个条纹的出现，如同一个清晰的“零位标记”，使得测量范围可以很大，且没有模糊度。

3、优势：

相较于传统的接触式测量技术（如探针轮廓仪）及单色光干涉测量技术，白光干涉膜厚仪的技术优势体现在三个方面：

☆ 一是非接触测量模式可避免对薄膜表面的物理损伤，适用于柔性、脆性及易污染薄膜的测量；

☆ 二是白光的宽波长特性使其测量量程可覆盖从几纳米到数十微米的薄膜厚度范围，突破了单色光干涉的量程限制；

☆ 三是能够满足精密薄膜制造的严苛质量控制需求。

白光干涉膜厚仪的应用早已突破单一行业，从电子信息到新能源，从光学器件到生物医疗，但凡涉及薄膜制备的场景，都能看到它的身影。以下是几个最具代表性的应用领域：

1. 半导体行业：芯片制造中的薄膜厚度精准管控

在集成电路（IC）制造过程中，薄膜的厚度均匀性与尺寸精度直接决定芯片的电学性能与生产良率。芯片制造涉及的光刻胶涂层、金属导电薄膜（如Cu、Al）、介质绝缘薄膜（如SiO?）及栅极氧化层等，均需进行全流程厚度监测。以7nm制程芯片为例，其栅极氧化层厚度仅为2-3nm，厚度偏差若超过0.5nm即会导致漏电流增大、阈值电压漂移等问题，此时白光干涉膜厚仪成为唯一可满足测量精度要求的设备。

图2. GaN薄膜厚度测试

2. 显示面板行业：显示性能优化的核心测量保障

OLED、Mini LED等新一代显示面板的核心结构为多层功能薄膜复合体系，包括偏光膜、触控感应膜、有机发光层及封装阻隔膜等，各层薄膜的厚度参数直接影响面板的色域覆盖率、对比度、响应速度及使用寿命。以柔性OLED面板为例，其封装层（通常为无机/有机复合膜）的厚度均匀性至关重要，若局部厚度偏差超过10nm，将导致水汽与氧气渗透速率升高，引发有机发光材料降解，最终出现显示失效（俗称“烧屏”）现象。

3. 光学器件行业：光学性能调控的关键测量手段

光学成像器件（如相机镜头、显微镜物镜）、激光器件及汽车光学部件等，均通过镀膜技术实现透光率提升、抗反射、防刮擦及红外截止等功能。以高性能相机镜头为例，其增透膜通常采用3-5层不同折射率的介质薄膜（如MgF?、TiO?）叠加设计，每层薄膜的厚度必须严格匹配光学设计值，否则将导致反射光干涉相消效应减弱，出现眩光、杂散光及成像清晰度下降等问题。

白光干涉膜厚仪的宽波长测量能力使其具备多层膜分层测量功能，利用不同材质薄膜对白光的反射相位差异，可实现各层薄膜厚度的精准解析，解决了传统测量技术难以区分多层膜界面的难题。

4. 新能源行业：能源转换效率提升的测量支撑

在锂离子电池与太阳能电池制造中，薄膜厚度参数对产品核心性能具有决定性影响。对于锂离子电池，隔膜（通常为聚烯烃多孔薄膜）的厚度直接关联离子传导速率与安全性能，厚度过大会增加离子迁移阻力导致电池容量下降，厚度过小则易引发正负极短路；对于晶硅太阳能电池，其表面减反射膜（如SiNx）的厚度需与可见光波长匹配，以实现光吸收效率最大化，进而提升光电转换功率。

针对电池极片、隔膜等柔性薄膜材料，白光干涉膜厚仪可集成至生产线实现高速在线测量，通过与流水线同步的扫描系统实时采集厚度数据，并将测量结果反馈至控制系统，实现涂布工艺参数（如涂布速度、挤压压力、浆料粘度）的闭环调节。

没有万能的技术，白光干涉膜厚仪亦然。了解其边界，才能更好地使用它。

薄膜过薄或过厚： 

※ 超薄膜：上下表面的干涉峰会严重重叠，难以区分，精度下降。

※ 过厚膜：如果薄膜厚度超过扫描范围，则无法测量。

材料特性限制：

※ 不透明薄膜：光无法穿透，只能测量上表面形貌，无法测量厚度。

※高吸收性或高散射性薄膜：会严重衰减干涉信号的信噪比，导致测量失败或精度降低。

※ 粗糙度过大：过于粗糙的表面会使光发生漫反射，难以形成清晰的干涉信号。

光学效应干扰：

※ 色散：薄膜的折射率随波长变化，在计算模型中必须考虑，否则会引入误差。

※ 薄膜内多次反射：对于某些特定厚度的膜，薄膜内的多次反射会使得干涉光谱变得复杂，需要更高级的算法进行解调。

随着工业技术向精细化、智能化发展，白光干涉膜厚仪将进一步融合人工智能与大数据分析，实现更高效的工艺优化与质量控制。无论是前沿科研还是日常生产，这把“光学尺子”都将继续在微观世界中扮演不可或缺的角色。

在看不见的纳米世界里，精准测量是技术突破的基石。白光干涉膜厚仪，正是这样一位无声却强大的“守护者”，为科技的未来保驾护航

Delta一体式白光干涉膜厚仪

Delta系列白光干涉膜厚仪由贝拓科学自主研发设计生产，利用薄膜干涉光学原理对薄膜进行厚度测量及分析，从深紫外到近红外可选配的宽光谱光源照射薄膜表面，探头同位接收反射光线。根据反射回来的干涉光，用反复校准的算法快速反演计算出薄膜的厚度。