顯微成像橢偏儀是一種將橢偏技術與光學顯微成像結合的精密儀器,主要用于在微米尺度上無損測量薄膜的厚度、折射率等光學參數,并能實時可視化樣品表面的形貌分布。它適合分析微結構樣品,比如集成電路、傳感器或二維材料,具有亞納米級的厚度分辨率和微米級的橫向分辨率。
顯微成像橢偏儀基于橢圓偏振原理,通過分析入射偏振光經樣品反射或透射后的偏振態變化,結合光學顯微成像技術,獲取樣品表面的三維形貌分布及薄膜厚度、折射率等光學參數。具體過程如下:
光源與偏振控制:光源發出的光經起偏器變為線偏振光,再通過補償器調整為特定偏振狀態(如橢圓偏振光)。
樣品相互作用:偏振光入射到樣品表面,與樣品發生反射或透射,偏振狀態因樣品特性(如薄膜厚度、折射率)發生改變。
檢測與分析:檢偏器測量反射或透射光的偏振狀態(通常用橢偏角Ψ和Δ描述),結合物理模型(如薄膜光學理論)反演計算出樣品的厚度、折射率等參數。同時,CCD成像系統獲取樣品表面不同位置的橢偏參數,形成三維形貌及厚度分布圖像。
應用領域
半導體工業:用于晶圓表面氧化層、氮化硅層的厚度和折射率測量,光刻膠涂層均勻性檢測,以及薄膜生長過程的實時監控。
材料科學:分析納米薄膜(如石墨烯、金屬薄膜)的厚度與光學特性,研究聚合物薄膜的結晶度與表面粗糙度。
生物醫學:監測生物膜(如細胞膜、蛋白質膜)的動態變化,分析藥物與細胞相互作用的原位過程。
光學與涂層:評估光學鏡片的增透膜、反射膜性能,優化太陽能電池中吸收層和緩沖層的參數。
微電子與顯示技術:分析微傳感器、集成電路等微結構樣品的薄膜特性,支持平板顯示器制造過程中的質量控制。