KLA Profilm3D 光学轮廓仪
非接触式白光干涉3D表面形貌测量系统——亚纳米垂直分辨率，覆盖纳米至毫米级台阶高度
＜0.1nm 垂直分辨率（PSI） | 50nm～10mm 台阶高度范围（WLI） | 2mm 单次视场范围（10x） | 0.05%～100% 样品反射率适用范围 |
产品介绍
KLA Profilm3D 光学轮廓仪是一款基于白光干涉（WLI）技术的非接触式3D表面形貌测量系统，以极具竞争力的价格实现亚纳米级的表面形貌研究。它集成了垂直干涉扫描（WLI）和相位干涉（PSI）两种测量模式，既能测量纳米级超光滑表面的微观纹理，也能完成毫米级台阶高度和粗糙表面的宏观轮廓分析，真正实现了从纳米到毫米跨尺度的3D光学轮廓测量。
最新一代Profilm3D引入了加强版粗糙度成像技术（ERM）和TotalFocus™全聚焦3D成像技术，解决了传统白光干涉仪在粗糙表面、高斜率表面和低反射率材料上测量困难的痛点。Profilm3D系列通过简单灵活的程式设置，可进行单次扫描或在多个点位自动测量，广泛适用于从半导体晶圆检测、精密光学元件表征、MEMS器件测量到生物医用涂层分析等各类表面形貌测量场景。
为什么选择Profilm3D？—— 六大核心优势
【亚纳米级垂直分辨率】在相位干涉（PSI）模式下，RMS重复性低至0.1nm，垂直分辨率优于0.1nm；白光干涉（WLI）模式下RMS重复性为1.0nm，台阶高度准确度达0.7%。从超光滑光学表面到粗糙工程表面，都能获得可靠的3D表面形貌数据，是一台真正的纳米级表面形貌测量设备。
【加强版粗糙度成像（ERM）】传统白光干涉仪测量粗糙表面时干涉条纹对比度低，信噪比差。Profilm3D独有的ERM模式通过提高条纹对比度和信号保真度，可测量菲涅尔透镜等高达60°的斜率表面，粗糙表面信号改善超过70%，显著扩展了光学轮廓仪对粗糙表面的测量能力。
【TotalFocus™全聚焦3D成像】Profilm3D采用TotalFocus技术，在整个测量范围内对每个像素的聚焦能力进行优化，可生成令人惊叹的3D自然彩色图像，每个像素都处于聚焦状态。配合真彩色成像功能，可呈现样品的实际颜色，增强可视化效果，尤其便于识别细小或埋藏的特征，解决了传统轮廓仪景深不足、局部模糊的问题。
【大视场与光学变焦兼顾】仅用10倍物镜即可提供最大2mm的视场范围，同时支持最大4倍光学变焦功能，无需频繁更换物镜即可满足从全景概览到局部细节的不同倍率观察需求。这既降低了多物镜采购成本，也显著提升了测量效率，在应对大量样品的检测任务时优势尤为突出。
【宽反射率适用范围】Profilm3D可测量反射率低至0.05%到高达100%的样品表面，覆盖从高反射金属到近乎全黑的低反射率材料。这意味着无论是抛光晶圆、金属镀层，还是碳纤维复合材料、多孔硅薄膜，一台设备即可全面覆盖，无需因材料差异而切换测量工具。
【经济实惠·操作简单】作为一款以较低价格实现次纳米级表面形貌研究的光学轮廓仪，Profilm3D标配100mm自动XY样品台、4孔物镜转台和手动调平装置，无需额外选配即可满足大多数测量需求。软件界面直观，数秒内可获取常见粗糙度参数和台阶高度，支持自动拼接和分布测绘，从研发到生产均可轻松上手。
典型应用场景
Profilm3D的核心价值在于其“一台设备覆盖多种表面类型”的测量能力。无论是光滑如镜的光学表面，还是粗糙的工程材料，无论是纳米级的台阶高度，还是毫米级的宏观轮廓，Profilm3D都能在一次设置中完成精确表征。以下是主要应用领域和典型测量场景：
| 应用领域 | 测量场景描述 | 典型测量对象 |
|---|---|---|
| 半导体制造 | 晶圆表面粗糙度评估、CMP抛光后平整度检测、钝化层台阶高度测量、光刻胶图案形貌分析、刻蚀槽深度测量、BGA焊球阵列形貌表征 | 硅片表面粗糙度、浅槽隔离深度、台阶高度、CMP抛光垫表面纹理 |
| MEMS与微机电系统 | MEMS悬臂梁、深槽、薄膜结构等复杂三维微结构的形貌测量和尺寸表征，需在特定微区进行无损形貌分析 | 硅膜结构层厚度与形貌、微腔体深度、氮化铝/氧化锌薄膜表面形貌 |
| 精密光学元件 | 光学镜片、菲涅尔透镜的表面曲率轮廓和粗糙度检测。ERM模式可测量高达60°的斜率表面，解决传统轮廓仪在陡峭光学表面上的测量难题 | 透镜表面粗糙度与曲率、滤光片形貌、光学镀层台阶高度 |
| LED与功率器件 | LED芯片表面形貌测量、透明电极ITO层厚度与均匀性分析、功率器件封装结构表征 | LED外延层表面、ITO透明电极、封装引线键合印痕、引线框架粗糙度 |
| 精密机械加工 | 精密模具表面质量检测、机械零部件磨损分析、加工纹理表征、划痕深度定量评估 | 轴承滚道表面粗糙度、密封面形貌、切削加工纹理、划痕轮廓 |
| 太阳能光伏 | 太阳能电池铝栅线宽度与高度测量、硅片表面粗糙度监控、薄膜均匀性分析。ERM模式可捕获低反射率粗糙纹理信号而不饱和光电探测器 | 铝栅线3D形貌、硅/砷化镓基底粗糙度、减反射膜表面 |
| 生物医学器件 | 医疗器械表面涂层形貌、植入物粗糙度评估、生物膜表面分析。非接触测量方式对软质聚合物、生物样本等敏感材料十分友好 | 支架表面涂层、导管涂层、骨科植入物表面、生物膜形貌 |
| 汽车工程 | 刹车片表面粗糙度评估、气缸内壁磨损检测、精密零部件表面质量管控 | 刹车片粗糙度、气缸壁纹理、齿轮齿面形貌 |
测量原理
Profilm3D光学轮廓仪采用白光干涉（WLI）和相位干涉（PSI）两种互补技术进行非接触式3D表面形貌测量。
白光干涉（WLI）模式：白光通过分光镜分为两束——一束照射样品表面，另一束投射至内部参考镜。两束反射光在CCD相机上叠加形成干涉条纹。系统沿Z轴方向扫描，记录每个像素干涉信号最强的位置，以此确定样品表面各点的相对高度，最终生成三维形貌数据。WLI模式适用于粗糙表面或台阶结构，测量范围50nm至10mm。
相位干涉（PSI）模式：通过精确控制参考镜的相位移动，采集一系列干涉图像，分析干涉条纹的相位变化来计算表面高度。PSI模式精度更高，RMS重复性低至0.1nm，适用于光滑表面的微观形貌分析，测量范围0至3μm。两种模式可在一台设备上灵活切换，满足从粗糙到光滑、从纳米到毫米跨尺度的测量需求。
产品参数
| 测量技术 | 白光干涉（WLI）+ 相位干涉（PSI） | 光源 | 白光LED |
| 厚度范围（WLI） | 50nm – 10mm | 厚度范围（PSI） | 0 – 3μm |
| RMS重复性（WLI） | 1.0nm | RMS重复性（PSI） | 0.1nm |
| 台阶高度准确度 | 0.7% | 台阶高度精确度 | 0.1% |
| 样品反射率范围 | 0.05% – 100% | ISO 25178兼容 | 是 |
| XY样品台 | 100mm x 100mm（Profilm3D-200：200mm x 200mm） | 压电扫描范围 | 500μm |
| 垂直扫描速度 | 12μm/s | 相机 | 2592 x 1944（500万像素） |
| 物镜转台 | 4孔自动转台 | 光学变焦 | 最大4倍 |
| 成像模式 | WLI、PSI、TotalFocus™全聚焦3D成像、真彩色成像、加强版粗糙度成像（ERM） | ||
| 软件 | Profilm桌面软件 + ProfilmOnline®云端分析 + 移动端应用程序（Android/iOS） | ||
| 更多参数及定制配置请联系我们获取 | |||
Profilm3D 与 Profilm3D-200 对比
| 规格项 | Profilm3D | Profilm3D-200 |
|---|---|---|
| XY样品台范围 | 100mm x 100mm | 200mm x 200mm |
| 设备尺寸（W×D×H） | 305mm × 305mm × 550mm | 406mm × 406mm × 550mm |
| 设备重量 | 15kg | 22kg |
| 测量性能 | 完全相同（WLI/PSI测量范围、精度、成像模式均一致） | |
| 适用场景 | 标准实验室、半导体晶圆（≤200mm） | 大尺寸样品、大面积拼接测量 |
光学轮廓仪 vs 接触式台阶仪
| 对比维度 | Profilm3D 光学轮廓仪 | 接触式台阶仪 |
|---|---|---|
| 测量方式 | 白光干涉，非接触式 | 探针接触式扫描 |
| 样品损伤 | 无损伤，适合软质材料和薄膜 | 可能划伤样品表面 |
| 测量维度 | 3D面扫描，获取完整形貌 | 2D线扫描，单轮廓信息 |
| 垂直分辨率 | 亚纳米级（<0.1nm） | 纳米级（通常0.1-1nm） |
| 测量速度 | 快，数秒获取3D数据 | 较慢，逐线扫描 |
| 粗糙度分析 | 全面，符合ISO 25178标准 | 仅线粗糙度（Ra、Rz等） |
| 样品准备 | 无需或极少准备 | 需固定样品 |
实测数据展示
客户评价
“Profilm3D是我们实验室使用频率最高的3D表面形貌测量设备。它完美解决了我们之前用台阶仪只能做单线扫描的局限，非接触测量不会损伤样品，仅用10倍物镜就能获得2mm视场，对晶圆表面粗糙度和CMP抛光平整度评估非常高效。ERM模式对低反射率材料的表现超出预期，强烈推荐给需要表面形貌分析的同行。”
——某半导体晶圆制造企业 工艺表征实验室
“在光学透镜开发中，我们需要测量菲涅尔透镜表面微结构的形貌和表面粗糙度。传统轮廓仪在陡峭斜面上的测量效果很差，Profilm3D的ERM模式能够测量高达60°的斜率表面，配合TotalFocus全聚焦成像，每个微结构细节都清晰可见。设备价格相对亲民，操作也简单，对学生和新手非常友好。”
——某精密光学研究所 光学元件检测组
“我们的医疗器械需要在支架和导管表面涂覆功能性涂层，涂层厚度通常只有几微米。Profilm3D的非接触测量方式可以在不破坏涂层的前提下直接测量台阶高度和表面粗糙度，PSI模式的亚纳米级分辨率让我们对超光滑涂层表面的微小缺陷也能捕捉到。4倍光学变焦功能让一台设备覆盖了多种倍率需求，性价比很高。”
——某高端医疗器械企业 研发质量部
常见问题 (FAQ)
Profilm3D可以测量哪些类型的样品表面？
Profilm3D的样品反射率适用范围为0.05%至100%，因此可以测量从高反射的抛光金属和镜面到近乎全黑的低反射率材料（如碳纤维、多孔硅、橡胶等）。无论是光滑的光学表面还是粗糙的工程表面，Profilm3D都能通过WLI和PSI两种模式的灵活切换，获得可靠的3D形貌数据。
Profilm3D和接触式台阶仪有什么区别？
两者核心区别在于测量维度和方式：接触式台阶仪用探针做2D线扫描，给出单条轮廓线，对于软质材料可能造成划伤；Profilm3D光学轮廓仪采用白光干涉进行非接触式3D面扫描，一次测量可获取完整的表面三维形貌、粗糙度和台阶高度，且完全无损。在数据丰富度、测量效率和样品保护方面，Profilm3D优势显著。
Profilm3D的加强版粗糙度成像（ERM）解决了什么问题？
传统白光干涉仪在测量粗糙表面时，干涉条纹对比度低，信噪比差；测量高斜率表面时，反射光难以回到光学传感器。ERM模式通过提高干涉条纹对比度和信号保真度，可测量高达60°的斜率表面（如菲涅尔透镜），粗糙表面信号改善超过70%。这使得Profilm3D能够胜任传统轮廓仪难以处理的低反射率、高粗糙度和陡斜面样品。
Profilm3D支持哪些测量功能和应用？
Profilm3D支持以下核心测量功能：台阶高度测量（纳米级至毫米级）、表面粗糙度分析（符合ISO 25178标准）、纹理与形状表征（波纹度、翘曲度、曲率）、边缘倒角3D轮廓测量、缺陷表征（3D表面形貌、缺陷深度和面积）、大面积透明薄膜表面的高分辨率扫描以及划痕深度定量评估。可广泛应用于半导体、光学、MEMS、生物医学、汽车和太阳能等行业。
Profilm3D的总聚焦成像技术有什么优势？
TotalFocus™技术对整个测量范围内的每个像素的聚焦能力都进行了优化，可产生令人惊叹的3D自然彩色图像，每个像素都处于聚焦状态。与普通光学轮廓仪因景深限制在高低起伏区域产生模糊不同，TotalFocus技术确保从最高点到最低谷的每个细节都清晰可见。配合真彩色成像功能，可呈现样品的实际颜色，增强可视化效果，尤其便于识别细小或埋藏的特征。
Profilm3D和Profilm3D-200如何选择？
两者的测量性能完全相同，区别仅在于XY样品台范围和设备尺寸：Profilm3D配备100mm×100mm样品台，适合标准实验室和200mm以下晶圆；Profilm3D-200配备200mm×200mm样品台，适合大尺寸样品或需要大面积拼接测量的应用场景。如果您的样品尺寸通常在100mm以内，标准版Profilm3D已完全够用。
