【新启航】白光干涉仪在微流控芯片刻蚀后的 3D 轮廓测量

摘要：本文研究白光干涉仪在微流控芯片刻蚀后的 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及针对微流控结构的技术适配性，通过实际案例验证其测量精度，为微流控芯片的制造质量控制与性能优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；微流控芯片；刻蚀；3D 轮廓测量

一、引言

微流控芯片凭借微型化、集成化特性，在生物检测、化学分析等领域应用广泛。其核心功能依赖于刻蚀形成的微通道、微腔室等结构，这些结构的 3D 轮廓精度（如通道深度、宽度、侧壁垂直度）直接影响流体流动特性与检测灵敏度。由于微流控结构尺寸微小（通常为微米至亚微米级）且形貌复杂，传统测量方法难以兼顾精度与完整性。白光干涉仪以非接触、高分辨率优势，成为微流控芯片刻蚀后 3D 轮廓测量的理想工具。

二、白光干涉仪工作原理

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。其工作流程为：宽带白光经分光后分为参考光与测量光，测量光投射至微流控芯片刻蚀表面，微通道底部、侧壁及台面的反射光与参考光在探测器处形成干涉条纹。通过纵向扫描系统调节光程差，仅当光程差接近零时产生清晰干涉信号，结合相位解算算法，可精确计算各位置的高度值，重建出微通道深度、侧壁坡度等参数，实现纳米级纵向分辨率的 3D 轮廓测量。

三、技术优势

3.1 微结构细节捕捉能力

针对微流控芯片的微通道（宽度 5-100μm）、圆角（半径＜5μm）等精细结构，白光干涉仪通过高数值孔径物镜（50×，NA=0.85）与高像素探测器（2048×2048），可清晰分辨侧壁与底部的连接过渡区域，量化通道深度偏差（精度 ±2nm）与侧壁垂直度（误差＜0.5°），满足微流控芯片的严苛公差要求。

3.2 非接触无损测量

采用光学测量方式，避免与微流控芯片脆弱的刻蚀结构接触，可防止微通道变形、侧壁破损等二次损伤，尤其适用于 PDMS、玻璃等易损基材的测量，确保测量数据反映真实的刻蚀质量。

3.3 全域结构表征

单次测量可覆盖芯片表面 1mm×1mm 区域，同步获取多个微通道的阵列分布、互联结构的形貌参数，无需多次定位即可完成芯片关键区域的全面检测，测量效率较原子力显微镜提升 5-10 倍。

四、应用实例

某生物实验室对玻璃基微流控芯片的刻蚀工艺进行质量检测，芯片包含宽度 50μm、设计深度 30μm 的蛇形微通道。采用白光干涉仪配置 50× 物镜与 1024×1024 像素分辨率，对刻蚀后的通道区域扫描。结果显示：通道实际深度为 29.8±0.3nm，侧壁垂直度 89.2°，局部区域因刻蚀不均出现 3μm 宽度的扩口缺陷。基于测量数据调整刻蚀掩模精度与蚀刻液浓度后，微通道尺寸一致性提升至 99.5%，流体流动阻力波动范围缩小至 ±2%。

五、结语

白光干涉仪在微流控芯片刻蚀后的 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其对微纳结构的精细捕捉能力、非接触保护特性及全域表征能力，为微流控芯片的工艺优化、性能评估提供了可靠的量化依据，助力提升微流控器件的功能稳定性与检测准确性。

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（以上数据为新启航实测结果）

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