膜厚輪廓儀的多層膜結構全譜段解析技術，是當前半導體、顯示及光學器件制造領域的關鍵突破。該技術通過單次曝光光譜分辨干涉測量法，實現了多層膜厚度與三維表面輪廓的同步實時測量，解決了傳統(tǒng)橢偏儀逐點測量效率低、白光干涉法難以分離多層反射信號的難題。
其核心原理在于將像素化偏振相機（PPC）與成像光譜儀耦合，構建了可單次獲取寬光譜范圍內四組相移干涉圖的光學系統(tǒng)。光源采用400-800nm的鎢鹵素燈，通過柯勒照明實現均勻照度，線性偏振器與消色差四分之一波片組合調控光束偏振狀態(tài)，使樣本和參考鏡反射的正交圓偏振光在PPC的微偏振器陣列上形成相移干涉圖案。數據處理環(huán)節(jié)，通過特定公式從四個相移子圖中提取光譜相位，分離線性與非線性分量，其中非線性相位反映薄膜厚度變化，線性相位對應表面高度。結合裸硅片校準的絕對反射率數據，構建目標函數優(yōu)化各層厚度，并通過擬合總相位確定表面輪廓。
以五層薄膜（Si?N?-SiO?-SiON-SiO?-Si?N?）為例，該技術10次測量標準差小于1.6nm，最大偏差14nm，與橢偏儀結果高度吻合；表面臺階高度重構與探針式臺階儀對比，最大偏差小于12nm。其基于線掃描的橫向拼接技術，可實現大面積三維厚度輪廓測量，且配備500W像素高分辨率攝像機與亞埃級分辨率傳感器，確保無接觸損傷精準測量。該技術已廣泛應用于半導體產線在線檢測，為材料質量保證和生產效率提升提供了強有力的技術支持。
