PLC平面光波导的图形凹槽深度测量-3D白光干涉仪应用-电子发烧友网

1、引言

PLC（平面光波导）作为集成光学领域的核心器件，其内部图形凹槽的深度是决定光传输路径、模式耦合效率及信号传输损耗的关键参数。在PLC制备过程中，光刻、蚀刻等工艺易导致凹槽深度出现偏差，过深会破坏波导芯层完整性，过浅则无法实现光信号的有效约束与隔离，直接影响器件性能。传统凹槽深度测量方法存在测量范围有限、易损伤器件表面等缺陷，难以满足PLC高精度检测需求。3D白光干涉仪凭借非接触测量特性、纳米级分辨率及全域三维形貌重建能力，可快速精准提取图形凹槽深度数据，为PLC制备工艺管控提供可靠支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在PLC平面光波导图形凹槽深度测量中的应用。

2 、3D白光干涉仪测量原理

3D白光干涉仪以宽光谱白光为光源，经分束器分为参考光与物光两路。参考光射向固定参考镜反射，物光经高数值孔径物镜聚焦后照射至PLC平面光波导的图形凹槽表面，反射光与参考光汇交产生干涉条纹。因白光相干长度极短（仅数微米），仅在光程差接近零时形成清晰干涉条纹。通过压电陶瓷驱动装置带动参考镜进行精密扫描，高灵敏度探测器同步采集干涉条纹强度变化，形成干涉信号包络曲线，曲线峰值位置精准对应凹槽表面各点的高度坐标。结合像素级高度计算与二维扫描拼接技术，可完整重建图形凹槽全域三维轮廓，以PLC波导表面为基准面，通过凹槽底部与基准面的高度差计算获取凹槽深度，其垂直分辨率可达亚纳米级，适配微纳尺度PLC图形凹槽的高精度测量需求。

3 、3D白光干涉仪在PLC图形凹槽深度测量中的应用

3.1 凹槽深度精准量化

针对微纳尺度PLC图形凹槽（深度范围100 nm-5 μm）的测量需求，3D白光干涉仪可通过优化测量参数实现精准量化。测量时，根据凹槽尺寸选取适配的视场范围与物镜倍率，对PLC图形凹槽区域进行全域扫描，通过三维轮廓重建获取凹槽完整的高度分布数据。采用基准面拟合与深度提取算法，自动剔除波导表面微小起伏的干扰，精准计算凹槽底部与波导基准面的高度差，即凹槽深度值。实验数据表明，其凹槽深度测量误差≤2 nm，可有效捕捉干法蚀刻工艺中蚀刻时间、气体配比变化导致的深度波动，为工艺参数优化提供精准量化依据。同时，支持多凹槽连续扫描测量，实现整片PLC器件图形凹槽深度的均匀性评估。

3.2 凹槽形貌缺陷同步检测

PLC图形凹槽制备过程中易出现的槽底残留、槽壁倾斜、边缘毛刺、局部凹陷等缺陷，会直接影响深度测量准确性及器件光学性能。3D白光干涉仪在测量凹槽深度的同时，可通过三维轮廓重建同步识别此类缺陷。当检测到槽底残留高度超过50 nm、槽壁倾斜角度超过1°，或边缘毛刺高度超过30 nm时，可判定为不合格产品。通过缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯光刻掩膜精度、蚀刻工艺稳定性等制备环节的问题。例如，当出现大面积槽底残留导致深度偏小时，可反馈调整蚀刻功率或延长蚀刻时间，提升凹槽成型质量。

4 、测量优势与应用价值

相较于传统触针式轮廓仪，3D白光干涉仪的非接触测量模式可避免划伤PLC波导光滑表面及凹槽内壁，保障器件完整性；相较于原子力显微镜的点扫描局限，其具备更快的全域扫描速度（单凹槽测量时间≤2 s），可满足PLC器件产业化批量检测需求。通过为图形凹槽深度测量提供精准、全面的量化数据及缺陷检测结果，3D白光干涉仪可助力构建PLC平面光波导制备的严格质量管控体系，提升器件良率与光学性能稳定性，为集成光学技术的产业化发展提供关键技术支撑。

大视野 3D 白光干涉仪：纳米级测量全域解决方案

突破传统局限，定义测量新范式！大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术，一机解锁纳米级全场景测量，重新诠释精密测量的高效精密。