微機電系統（MEMS）、半導體製造、以及生物醫學等領域，對於微小結構的三維（3D）量測需求日益增加。傳統光學顯微鏡雖然能提供高解析度的二維影像，但在深度資訊的擷取上存在局限性。原子力顯微鏡（AFM）等技術雖能提供奈米級的3D資訊，但掃描速度慢，且容易對樣品造成損害。為了解決這些問題，一種名為傅立葉疊層干涉術（Fourier Ptychographic Interferometry, FPI）的新型成像技術應運而生，並在3D微溝槽（Micro-Trench）的量測上展現出巨大的潛力。
FPI是一種計算成像技術，它結合了傅立葉疊層術（Fourier Ptychography, FP）和干涉術的優點。FP通過從不同角度照射樣品，獲取一系列低解析度的影像，然後利用演算法重建出高解析度的複數振幅影像，包含振幅和相位資訊。干涉術則利用光波的干涉現象，將微小的相位變化轉化為可觀測的強度變化，從而實現高靈敏度的量測。FPI將這兩種技術結合，能夠在較大的視野範圍內，實現高解析度、高靈敏度的3D成像。
FPI技術原理與優勢
FPI的核心原理是利用多角度照明獲取樣品的衍射圖樣，並通過迭代演算法重建出樣品的複數振幅傳輸函數。具體而言，FPI系統通常包括一個LED陣列作為光源，一個物鏡和一個相機。LED陣列依次點亮，從不同角度照射樣品，相機則記錄下對應的衍射圖樣。這些衍射圖樣包含了樣品的振幅和相位資訊。
FPI的優勢主要體現在以下幾個方面：
高解析度：
通過疊層多個低解析度影像，FPI可以突破傳統光學顯微鏡的解析度限制，實現更高的解析度。
大視野：
相較於AFM等掃描技術，FPI可以在較大的視野範圍內進行成像，提高效率。
非侵入性：
FPI是一種非接觸式成像技術，不會對樣品造成損害。
3D成像能力：
FPI可以同時獲取樣品的振幅和相位資訊，從而實現3D成像。相位資訊與樣品的折射率和厚度相關，通過分析相位資訊，可以重建出樣品的3D形貌。
FPI在微溝槽量測上的應用
微溝槽是一種常見的微結構，廣泛應用於微流體器件、光子器件和生物芯片等領域。精確量測微溝槽的尺寸和形貌對於這些器件的性能至關重要。FPI技術在微溝槽量測上具有獨特的優勢。
研究人員利用FPI成功量測了不同尺寸和形狀的微溝槽。例如，有研究團隊利用FPI量測了寬度為10微米、深度為5微米的微溝槽，並取得了亞微米級的解析度。此外，FPI還可以量測微溝槽的粗糙度和側壁角度等參數，為微溝槽的製造和質量控制提供重要資訊。
面臨的挑戰與未來發展方向
儘管FPI在3D微溝槽量測上展現出巨大的潛力，但仍面臨一些挑戰。例如，FPI的成像品質受到照明角度、物鏡參數和演算法的影響。如何優化這些參數，提高成像品質，是未來研究的重要方向。此外，FPI的計算量較大，需要高性能的計算機才能實現快速重建。如何提高演算法的效率，實現實時成像，也是一個重要的研究方向。
未來，FPI有望在更多領域得到應用，例如生物細胞成像、材料表面缺陷檢測和半導體器件檢測等。隨著技術的不斷發展，FPI將成為一種重要的3D微觀成像工具，為科學研究和工業應用提供強有力的支持。
總結與研判
傅立葉疊層干涉術（FPI）作為一種新興的計算成像技術，在3D微溝槽量測方面展現出顯著優勢。它結合了傅立葉疊層術和干涉術的優點，能夠實現高解析度、大視野和非侵入性的3D成像。儘管目前仍存在一些挑戰，但隨著技術的不斷發展和完善，FPI有望成為微觀領域3D量測的重要工具，並在微機電系統、半導體製造和生物醫學等領域發揮關鍵作用。未來，FPI的發展方向將集中在提高成像品質、優化演算法效率以及拓展應用領域等方面。
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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: January 29, 2026