技術應用技術應用

3D量測作為2D檢測資料不夠全面的補充選項，這幾年已蔚為趨勢；因為能夠不破壞待測物，非接觸式3D量測又比接觸式更受歡迎。有些讀者可能聽過、甚至已經使用過非接觸式3D量測的部分技術，比如常見的白光干涉（White Light Interferometry, WLI）、共焦顯微鏡（Confocal Microscopy）、光學相干斷層掃描（Optical Coherence Tomography, OCT）、雷射三角測量（Laser Triangulation）、結構光掃描（Structured Light Scanning）、紅外熱成像（Infrared Thermography）、飛行時間測距（Time of Flight, TOF）等等。在眾多技術中，該如何因應場景和各個技術的優勢，選擇出最適合當下應用的量測法呢？我們將持續探討幾種非接觸式3D常見的技術，讓您能夠掌握判斷的基本原則。

在非接觸式3D量測技術中，「焦點法」因為取得資料精度高，因此常應用於半導體、PCB、面板等需要高精度的待測物。常見的焦點量測技術，可分為共軛焦法、以及白光干涉法。其中，白光干涉非常適用於高反射及透明表面的應用場景，比如PCB或晶圓上的bumps，粗糙度、或者hole/pin的量測。 

近五年市場趨勢預測
根據市場最新的市場預測和數據，白光干涉感測器市場年增率如下圖所示 :

上圖展示了白光干涉感測器市場在北美、歐洲和亞太地區從2021年到2026年的年增長率（YOY）。不難看出，亞太地區的年增長率最高，顯示了該地區在未來幾年內有更快的市場增長。歐洲和北美地區的增長率相對較穩定，但也呈現出逐年增長的趨勢。

為什麼白光干涉能拍出高精度？

所謂白光干涉（White Light Interferometry, WLI）是一種高精度的光學測量技術，光學架構如下圖所示 :

透過分光鏡片，一部分的光源由待測物表面反射回感測器，一部分光源穿透分光鏡後再透過反射鏡反射進入感測器，如果兩束光的光程在白光的同調長度範圍內，會產生干涉條紋，兩者波峰與波峰相疊加即為建設性干涉，兩者相消即為相消性干涉，如下圖。這些干涉條紋的明暗分布與光程差有直接關係。由於光程差與待測物的表面形貌密切相關，通過分析干涉條紋，可以計算出待測物表面的高度信息。使用相位解包技術，可以將干涉條紋轉換為精確的表面形貌數據。

現今，白光干涉儀主要分為三種類型，Michelson型、Mirau型和Linnik型（如下圖），這些系統通常都採用顯微鏡放大方法，因為這樣有較好的水平分辨率(X、Y軸精度)。各類型沒有分好壞，只有各自適合的使用場景或待測物。

白光干涉的優劣勢分析

文章開頭有提到，非接觸式光學檢測技術種類繁多，白光干涉只是其中之一，我們把優缺點條列如下供您參考：

■ 優點：
1. 具備高精度與高分辨率，通常白光干涉顯微鏡可到達次奈米等級的精度，適用於半導體相關的檢測應用，例如wafer bumping、coating後的表面粗糙度量測。
2. 三維輪廓資訊完整，可分析一些複雜表面結構與特性，如薄膜厚度測量、材料變形分析等。
3. 可應用於生物醫學、活體生物樣本的表面形貌測量，如細胞形態學研究、組織工程等，由於白光干涉儀的非接觸式測量特性，非常適合測量敏感且易受損的生物樣本。

■ 缺點：
1. 價格昂貴，白光干涉儀系統通常比其他測量技術更複雜，涉及精密的光學元件和高精度的控制系統，導致其設備成本較高。
2. 不適合測量大範圍表面特徵（例如幾毫米以上的高度變化），因為其測量範圍有限。
3. 對於環境變化非常敏感，如溫度、振動和空氣流動等因素都會影響測量結果的穩定性和精度。
4. 待測物表面需要有一定程度的反射率，以保證干涉信號的強度和質量。
5. 相較如共焦顯微鏡等其他感測器，拍攝速度較慢，往往掃描較大的物件相當費時，例如掃描一片12”wafer，花費時間往往以小時起跳，雖然已經有其他配套方法可以加速，但也會產生其他問題，故取像時間上依然是一個困擾。 

未來白光干涉儀技術勢必將向更高精度、更大測量範圍和更強環境適應性的方向發展。由於奈米技術和先進製造業的需求增加，白光干涉儀的分辨率將進一步提升。此外，集成自動化和智能化技術也將簡化操作，降低使用門檻。市場需求主要來自半導體、材料科學、生物醫學等高科技領域，預期這些領域對高精度表面測量的需求將持續增長。隨著技術進步和成本降低，白光干涉儀的應用範圍和市場規模也將擴大。

白光干涉不太符合您的需求？別擔心，我們接下來將介紹另一種非接觸式光學量測技術—線共焦量測法，別忘了鎖定我們的電子報唷。

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