在半导体、平板显示、光伏和先进材料等尖端制造领域,薄膜的厚度与光学性质直接决定了器件的电学性能与最终良率。从几埃(Å)的原子层到数十微米的功能涂层,每一层薄膜的微小偏差都可能导致整批产品的失效。
椭圆偏振技术(Ellipsometry)凭借其非接触、无损、高灵敏度的特性,已发展成为薄膜表征领域最核心的光学计量技术之一。它通过测量线偏振光经薄膜样品反射后偏振状态的变化,结合光学模型拟合,精确获取薄膜的厚度、折射率(n)、消光系数(k)、光学带隙、界面粗糙度、成分比例等一系列关键参数。但并非所有的椭偏仪都能胜任现代产业对精度、速度、光谱覆盖和灵活性的全方位要求。HORIBA UVISEL Plus全光谱椭偏仪正是为解决这些挑战而生的研究级经典型号。

HORIBA在椭偏技术领域拥有超过25年的持续创新积累。UVISEL Plus的核心技术是光弹调制器(PEM)相位调制技术。与传统椭偏仪依赖机械旋转元件(旋转起偏器或旋转检偏器)不同,相位调制技术以50 kHz的高频对偏振光进行调制,整个信号采集过程中没有任何机械移动部件。这一设计带来了本质性的优势:
无机械噪声:固定元件对振动不敏感,信号极其稳定
超高调制频率:50 kHz vs 旋转元件的数十Hz,快了三个数量级
全范围椭偏角测量:可测量Ψ(0-90°)和Δ(0-360°)的完整范围,无死区
优异的信噪比:从深紫外到近红外全波段保持高质量信号
快速数据采集:高达50毫秒/点,是动力学研究和在线实时测量的理想选择
相比传统旋转元件椭偏仪,UVISEL Plus的相位调制模式在表征薄膜方面具有更高的灵敏度和精度。它可以探测到其他椭偏仪无法观测到的极薄膜或界面,同时还能表征厚度达50μm的厚膜——从单原子层到数十微米,一台仪器即可覆盖。
UVISEL Plus的光谱范围覆盖190 nm(深紫外/FUV)到2100 nm(近红外/NIR) 。这种全光谱连续覆盖的能力至关重要:
深紫外波段(190-400 nm) :对超薄膜(亚纳米级)和宽禁带材料(如GaN、SiC)高度敏感
可见光波段(400-800 nm) :提供稳定的常规薄膜测量
近红外波段(800-2100 nm) :适用于厚膜和带隙较小的材料
与仅能测量单一波长的激光椭偏仪相比,全光谱椭偏仪能够在每个波长下测量Ψ和Δ,从而精确获取薄膜在整个光谱范围内的厚度和光学性质。这对于多层膜结构、复杂材料体系以及需要精确建模的半导体工艺监控而言,是不可或缺的能力。

UVISEL Plus集成了全新的FastAcq™快速采集技术,基于新一代电子设备、数据处理和高速单色仪。它采用双调制技术专门为薄膜表征设计,能够在3分钟以内完成190-2100 nm全光谱范围的高分辨样品测试,校准仅需几分钟。更重要的是,FastAcq将测试灵敏度提升至原有的两倍,能够获得界面薄膜和纳米级低衬度样品的更多信息。
UVISEL Plus采用模块化设计,可根据应用需求和预算灵活配置:
微光斑选项:适用于图案化样品的微小区域测量
自动变角器:支持多角度测量,提高模型拟合的可靠性
自动样品台:支持全自动Mapping测绘
可升级性:系统可随未来需求升级,保护投资
UVISEL Plus提供两套软件操作界面:
DeltaPsi2:完整的测量与建模平台,支持常规和高级薄膜应用,包含31种以上色散公式和300多个材料模型
Auto-Soft:用户导向的全自动界面,工作流程直观,易于非专业人士快速上手
UVISEL Plus既可作为台式测量工具用于研发实验室,也可耦合于PECVD、MOCVD、溅射、蒸发、ALD、MBE等工艺腔体进行原位实时监控,在原子层厚度级别上控制沉积或刻蚀过程。针对使用辊对辊(Roll-to-Roll)系统的柔性太阳能电池、柔性显示器和柔性超高阻隔膜的苛刻需求,UVISEL在线光谱椭偏仪可保证优越的薄膜质量控制。
对于有背反射的透明样品(如玻璃上的薄膜),UVISEL Plus可以简单、准确地直接测量,无需刮花样品背面——这在平板显示和光伏行业尤为重要。
作为一款全光谱椭偏仪,UVISEL Plus的应用范围跨越了从基础研究到工业生产的多个前沿领域:
半导体与微电子:集成电路制造中的每一道薄膜工艺。栅氧化层、高k/低k介质、SOI、SiC、GaAs等化合物半导体——都依赖椭偏仪进行厚度和光学常数的精确监控。UVISEL Plus可测量氧化物、氮化物、导电氧化物薄膜、化合物与有机半导体等多种材料。配合自动Mapping平台,可生成全晶圆的薄膜厚度和均匀性分布图。
平板显示与VR显示:显示面板中的TFT、LTPS、OLED发光层、透明导电电极(TCO)等薄膜结构,需要从深紫外到可见光范围的宽光谱表征。UVISEL Plus的全光谱覆盖能力使其成为显示行业薄膜测量的理想工具。
光伏与太阳能电池:从硅基太阳能电池的减反射层、发射极,到CIGS、CdTe、钙钛矿和TOPCon等新型电池的多层膜结构,UVISEL Plus提供从材料开发到工艺监控的全流程支持。
柔性电子与可穿戴设备:聚合物薄膜、有机半导体、柔性衬底上的导电层——这些材料往往柔软、对接触敏感。针对使用辊对辊系统的柔性太阳能电池、柔性显示器和柔性超高阻隔膜的苛刻需求,UVISEL在线光谱椭偏仪可保证优越的薄膜质量控制。
化合物半导体与宽禁带材料:GaN、SiC等宽禁带半导体材料的带隙通常在紫外区,需要FUV波段的测量能力。UVISEL Plus的190 nm深紫外覆盖使其成为这类材料的理想选择。
光学涂层与功能材料:从光学镀膜到数据存储介质,从纳米技术到生物医药界面研究,椭偏技术还可用于固-液界面、液-液界面的研究。
与传统旋转元件椭偏仪相比,UVISEL Plus的相位调制全光谱技术带来了本质性的优势:
更高灵敏度:探测其他椭偏仪无法观测到的极薄膜或界面
更宽厚度范围:从单原子层(1 Å)到50 μm的薄膜均可精确测量
更宽光谱覆盖:从190 nm到2100 nm的连续全光谱
更快采集速度:50 ms/点,3分钟完成全光谱扫描
更高可靠性:无机械运动部件,对振动和机械噪声不敏感
透明衬底直接测量:无需刮花背面
离线在线两用:台式测量与工艺腔体原位监控兼备
HORIBA在椭偏技术领域拥有超过25年的持续创新积累。从UVISEL Plus到新一代UVISEL 2,HORIBA Scientific始终致力于提供最高精度、最高灵敏度的光谱椭偏仪。优尼康科技有限公司作为专业的全光谱椭偏仪厂家,致力于为国内客户提供从设备选型、技术培训到应用支持的全方位解决方案。