專利名稱：用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學測量領域，尤其是一種用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的
直O(jiān)
背景技術：
橢偏測量技術是表征納米薄膜的重要手段之一，它利用探測光波經表面反射時偏 振態(tài)的變化來探測樣品的信息(如，折射率n、消光系數(shù)k、納米薄膜的厚度、表面粗糙度、材 料電子振動信息等)。該技術的優(yōu)點在于(1)測量時對樣品無擾動、無破壞性，因此可進行 實時測量、離體乃至在體測量；(2)靈敏度可達到原子層量級的分析水平，因此可對納米薄 膜進行高靈敏度的探測；(3)對樣品材料幾乎無限制，可適合于絕緣體、導體、半導體；(4) 對環(huán)境要求低，無需真空等特殊條件，在普通實驗環(huán)境中就可進行?；谄鋬?yōu)點，該技術已 廣泛應用于微電子工業(yè)、表面材料和生物醫(yī)學等領域。利用橢偏測量技術獲得樣品的參數(shù)(如，折射率、消光系數(shù)、薄膜厚度等)的一般 步驟是(1)利用橢偏測量系統(tǒng)得到樣品的橢偏角(V和△) ;(2)對樣品進行模型化，即建 立橢偏角與樣品參數(shù)的關系；(3)利用數(shù)據擬合的方法獲得樣品的參數(shù)。因此，在利用橢偏 測量技術對樣品進行分析時，最基本的任務是利用橢偏測量系統(tǒng)獲得樣品的橢偏角(V和 A)。橢偏測量系統(tǒng)最基本的結構為光源_起偏器_樣品_檢偏器_光電傳感器。在 此基礎上，根據不同的應用需求，發(fā)展了多種不同的結構，如光源-起偏器-補償器-樣 品_檢偏器-光電傳感器、光源_起偏器_樣品-補償器_檢偏器-光電傳感器等。在橢 偏測量系統(tǒng)中，光束的傳播一般是光源發(fā)出的探測光波經起偏器、補償器等偏振器件后成 為偏振態(tài)已知的偏振光，然后入射到樣品表面上，樣品對入射光波的幅值和相位進行調制， 從而使得反射光波的偏振態(tài)發(fā)生變化，再經過補償器、檢偏器等偏振器件后探測光波進入 光電傳感器，從而獲得探測光波的強度。當利用橢偏測量系統(tǒng)對樣品進行測量時，為了獲得準確的結果，需要對樣品的方 位進行校準和調節(jié)，使得樣品滿足兩個條件(1)樣品表面經過起偏臂光軸和檢偏臂光軸 的交點；(2)樣品表面垂直于起偏臂光軸和檢偏臂光軸形成的入射面。當這兩個基本條件 無法滿足時，測量結果就會產生嚴重的偏差。具體來說，(1)當樣品表面沒有經過起偏臂光 軸和檢偏臂光軸的交點時，這時由起偏臂7發(fā)出的探測光經樣品表面反射時將不會與檢偏 臂8的光軸重合，這將導致(a)探測光波無法進入檢偏臂末端的探測器，導致測量失效； (b)如果檢偏臂中有旋轉的偏振器件，當探測器每次采樣時，探測光波不能通過該旋轉偏振 器件的中心上同一點，導致測量中由于該偏振器件的表面性質不均一而產生系統(tǒng)誤差。(2) 當樣品表面不垂直于起偏臂光軸和檢偏臂光軸形成的入射面時，這將不僅導致(1)中(a) 和(b)中的情形，而且還可能會導致實際的入射角與名義的入射角的偏差，因為測量得到 的橢偏角和△)與入射角直接相關，因此，入射角度的偏差會導致測量結果的偏差，尤 其當在橢偏角隨角度變化非常劇烈的情況下(比如，當入射角在樣品基底Brewster角鄰域時)，入射角的微小偏差會導致測量誤差的極大偏差。因此，在橢偏測量中，對樣品方位的校 準和調節(jié)是一個最基本的問題。因為對樣品方位的校準是調節(jié)的基礎，所以校準顯得尤為重要。分開來說，就包含 了 (1)對待測樣品表面進行俯仰方位的校準，(2)對待測樣品表面進行高低方位的校準， 即檢驗樣品表面是否通過起偏臂光軸和檢偏臂光軸的交點，樣品表面是否垂直于起偏臂光 軸和檢偏臂光軸形成的入射面。解決上述問題的現(xiàn)有方法有(1)在整套橢偏測量系統(tǒng)中既安裝一套自準直望遠 系統(tǒng)，又安裝一套顯微系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)增加了測量裝置中器件的數(shù)目且不便于觀察。(2) 在整套橢偏測量系統(tǒng)中實現(xiàn)了自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的共用，如圖1所示，該結構一 般都采用通過設置旋轉盤6來旋轉物鏡以達到功能切換的目的，這種方法在橢偏測量系統(tǒng) 中應用較為普遍，但其不足在于切換機構中占用了大量空間，尤其在空間有限的場合(比 如，單晶硅太陽電池傾斜放置進行測量時)，這種設計嚴重影響了使用。(3)采用四象限器 通過判斷探測光束在象限中的位置來判斷樣品方位，這種方法一般需要通過自動控制的方 式來對樣品的入射角進行調節(jié)，其結構復雜，自動化程度要求高，尤其不適合于手動改變入 射角度的橢偏系統(tǒng)。由此可見，在橢偏測量系統(tǒng)中，現(xiàn)有的對樣品方位的校準方法難以同時 滿足俯仰和高低校準結構共用、功能切換簡捷、易觀察、空間占用小。

實用新型內容針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種外形小巧、結構簡單、 觀察快速、操作簡捷、通過滑動的方式完成自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)轉換的用于橢偏測 量系統(tǒng)中樣品方位校準的裝置，從而大大減小了空間占用，給大的、特殊的待測樣品留出了 足夠的空間。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，包括光 學自準直望遠系統(tǒng)和顯微物鏡組，其中，光學自準直望遠系統(tǒng)包括光學器件套筒，在該光學 器件套筒的底部固定設置有滑動裝置，滑動裝置上設置有能夠水平移動的顯微物鏡組，顯 微物鏡組在滑動裝置上滑動以實現(xiàn)其與光學器件套筒的光軸重合或遠離。進一步，所述光學自準直望遠系統(tǒng)還包括帶分劃板的可調視度目鏡、照明裝置、指 示物、分光鏡、準直透鏡，其中，照明裝置、指示物、分光鏡、準直透鏡從上至下依次設置在所 述光學器件套筒內。進一步，所述指示物位于所述準直透鏡的焦點上，所述分劃板處于準直透鏡的焦
；卜.O進一步，所述滑動裝置中采用燕尾槽滑動副、V型槽滑動副或圓柱滑動副來實現(xiàn)所 述顯微物鏡組的安裝和滑動，并且所述滑動裝置中還設置有用于使所述顯微物鏡組的光軸 與所述自準直望遠系統(tǒng)的光軸共軸并定位的定位機構。進一步，所述顯微物鏡組為單透鏡或透鏡組，其物方焦點位于待測樣品上。進一步，所述照明裝置的亮度可調，其為白熾燈、LED燈、鹵素燈或發(fā)光板。進一步，所述指示物為分劃板或小孔光闌。進一步，所述分光鏡為平面分光鏡片、分光棱鏡。進一步，所述光學自準直望遠系統(tǒng)通過支撐座來支撐和定位，以使得所述光學自準直望遠系統(tǒng)的光軸通過起偏臂光軸和檢偏臂光軸的交點，所述光學自準直望遠系統(tǒng)處于 起偏臂光軸和檢偏臂光軸所形成的入射面內，且平分二者所夾的角度。本實用新型用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置采用了自準直望遠系統(tǒng)和 顯微系統(tǒng)結合的方式，通過滑動裝置帶動顯微物鏡離開或進入光學器件套筒的光軸，來實 現(xiàn)自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的功能簡單切換。自準直望遠系統(tǒng)采用的是雙分劃板型，具 有自準直像的亮度大，襯度好，測量距離廣，視場利用充分等優(yōu)點。

圖1為現(xiàn)有技術中采用旋轉盤方式實現(xiàn)自準直望遠鏡系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)功能轉換 的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例1中表征顯微物鏡組移開的結構示意圖。圖3為本實用新型實施例1中表征顯微物鏡組滑動到光學準直系統(tǒng)中的結構示意 圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，包括光學自準直望遠系統(tǒng)，包括光學器件套筒1、帶分劃板的可調視度目鏡2、照明裝 置11、指示物12、分光鏡13、準直透鏡14。光學器件套筒1，其內從上至下依次設置有照明裝置11、指示物12、分光鏡13、準 直透鏡14。亮度可調的照明裝置11，其作用是照亮指示物12，指示物12為分劃板或小孔光 闌，以使它的自準直像成像到目鏡分劃板上，同時燈源亮度可根據不同待測樣品對光的反 射能力的不同而進行光亮度的調節(jié)，從而達到清晰的觀察效果。帶分劃板的可調視度目鏡2，用于觀察系統(tǒng)的自準直像。待測樣品3，待測樣品3為平的鏡面反射式的塊狀或薄膜層構材料，把光學器件套 筒1里面指示物12的像反射回去，并成像于帶分劃板的可調視度目鏡2的分劃板上。滑動裝置41，操作者可以根據對待測樣品俯仰和高低校準的不同的需求，通過滑 動顯微物鏡42離開或進入光學器件套筒1的光軸，來實現(xiàn)自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的切換。支撐5，用于整套系統(tǒng)的連接及定位，保證光學自準直望遠系統(tǒng)的光軸通過起偏臂 光軸和檢偏臂光軸的交點，并處于二者所形成的入射面內，且平分二者所夾的角度。本實用新型用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置的工作原理如下由亮度可調的照明裝置11照亮光學器件套筒1里面的指示物12，指示物12的像 依次經過分光鏡13、準直透鏡14，照射到待測樣品3上作為系統(tǒng)成像的物，同時，待測樣品 3再將該物反射回光學器件套筒1中，依次經過準直透鏡14、分光鏡13后成像到可調視度 目鏡2的分劃板上，此時操作者觀察指示物在目鏡分劃板上的成像位置，如果其中心與目 鏡分劃板的十字中心不重合，則要對待測樣品進行俯仰方位的調節(jié)，直至其中心與目鏡分 劃板的十字中心重合為止。接下來，通過滑動裝置41把顯微物鏡42滑到與光學套筒1的 光軸重合的位置，實現(xiàn)系統(tǒng)的顯微功能，如果不能同時看到指示物和目鏡分劃板的像，則要對待測樣品進行高低方位的調節(jié)，直至兩個像同時清晰的成像在可調視度目鏡2中。實施例1如圖2所示，為表征顯微物鏡組42移開，光學自準直望遠系統(tǒng)處于光學自準直系 統(tǒng)狀態(tài)，其用于調節(jié)樣品的俯仰狀態(tài)。圖3表征顯微物鏡組42滑動到光學自準直望遠系統(tǒng) 中，此時整個系統(tǒng)處于光學顯微鏡狀態(tài)，用于調節(jié)樣品的高低。該系統(tǒng)的結構為在起偏臂光軸和檢偏臂光軸形成的入射面內安裝由光學器件套 筒1、帶分劃板的可調視度目鏡2、待測樣品3、滑動裝置41、顯微物鏡組42、支撐座5組成的 自準直校準系統(tǒng)。在上述裝置中，帶分劃板的可調視度目鏡2為帶分劃板的IOX可調視度目鏡，該分 劃板的安裝位置應設置在準直透鏡14的焦點上。待測樣品3為平的鏡面反射式的塊狀或薄膜層構材料，把光學器件套筒1內指示 物12的像反射回去，并成像于帶分劃板的可調視度目鏡2的分劃板上，待測樣品3位于顯 微物鏡組42的焦點上。滑動裝置41是一對具有限位功能的燕尾槽滑動副，其上帶動一工作距離可調的 顯微物鏡組42，通過滑動來實現(xiàn)自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的轉換，顯微物鏡組42安裝在 燕尾槽滑動副上，并能夠在燕尾槽滑動副上水平移動，顯微物鏡組42在燕尾槽滑動副上滑 動，當顯微物鏡組42的光軸與光學器件套筒1的光軸重合時，顯微物鏡組42與光學自準直 望遠系統(tǒng)整體組成顯微系統(tǒng)，當顯微物鏡組42的光軸與光學器件套筒1的光軸遠離時，光 學自準直望遠系統(tǒng)可實現(xiàn)其自準直望遠功能，顯微物鏡組42在燕尾槽滑動副上滑動可簡 單的實現(xiàn)自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的轉換，方便了操作。本實施例中燕尾槽滑動副還設 置有用于使顯微物鏡組42的光軸與自準直望遠系統(tǒng)的光軸共軸并定位的定位機構，該定 位機構為一根螺釘或銷釘。在光學器件套筒1中，包含了一亮度可調的照明裝置11，其為白熾燈、LED燈、鹵素 燈或發(fā)光板，其作用是照亮指示物12，以使它的自準直像成像到目鏡分劃板上，同時燈源亮 度可根據不同待測樣品對光的反射能力的不同而進行光亮度的調節(jié)，從而達到清晰的觀察 效果。在光學器件套筒1中，內部還包含了指示物12、分光鏡13、準直鏡14，通過對分劃 板的成像情況，來判斷對樣品方位的校準情況，分劃板必須安裝在準直透鏡14的焦距上。支撐座5用于整套系統(tǒng)的連接及定位，保證準直系統(tǒng)的光軸通過起偏臂光軸和檢 偏臂光軸的交點，并處于二者所形成的入射面內，且平分二者所夾的角度。當需要橢偏測量裝置中對樣品方位進行光學校準時，采用如下的方法步驟先通 過自準直望遠系統(tǒng)，觀察目鏡視野中的指示物的像和分劃板的像(其中一個是目鏡中分劃 板的像，一個是被照明裝置照亮的指示物經樣品反射后所成的像)，如若其中心不重合，則 調整工作臺控制俯仰的旋鈕，以達到指示物的中心與目鏡分劃板中心完全重合。再通過滑 動裝置41把顯微物鏡42滑到與光學套筒1的光軸重合的位置，實現(xiàn)系統(tǒng)的顯微功能。通過 顯微系統(tǒng)，同樣觀察目鏡視野中的指示物的像和目鏡分化板的像，如若指示物的像和目鏡 分劃板不能同時清晰的看見，則要調整工作臺控制高低的旋鈕，直至兩個像同時清晰為止。實施例2用于橢偏測量系統(tǒng)中的對樣品方位校準裝置的基本結構的示意圖依然如圖2和圖3所示。除了把滑動裝置41中的滑動副改成V型槽滑動副外，其它與實施例1中相同。其 原理及校準方法的步驟同實施例1。實施例3用于橢偏測量系統(tǒng)中的對樣品方位校準裝置的基本結構的示意圖依然如圖2和 圖3所示。除了把滑動裝置41中的滑動副改成圓柱滑動副外，其它與實施例1中相同。其原 理及校準方法的步驟同實施例1。
權利要求用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，該裝置包括光學自準直望遠系統(tǒng)和顯微物鏡組，其中，光學自準直望遠系統(tǒng)包括光學器件套筒，在該光學器件套筒的底部固定設置有滑動裝置，滑動裝置上設置有能夠水平移動的顯微物鏡組，顯微物鏡組在滑動裝置上滑動以實現(xiàn)其與光學器件套筒的光軸重合或遠離。
2.如權利要求1所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 光學自準直望遠系統(tǒng)還包括帶分劃板的可調視度目鏡、照明裝置、指示物、分光鏡、準直透 鏡，其中，照明裝置、指示物、分光鏡、準直透鏡從上至下依次設置在所述光學器件套筒內。
3.如權利要求2所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 指示物位于所述準直透鏡的焦點上，所述分劃板處于準直透鏡的焦點上。
4.如權利要求1所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 滑動裝置中采用燕尾槽滑動副、V型槽滑動副或圓柱滑動副來實現(xiàn)所述顯微物鏡組的安裝 和滑動，并且所述滑動裝置中還設置有用于使所述顯微物鏡組的光軸與所述自準直望遠系 統(tǒng)的光軸共軸并定位的定位機構。
5.如權利要求1所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 顯微物鏡組為單透鏡或透鏡組，其物方焦點位于待測樣品上。
6.如權利要求2所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 照明裝置的亮度可調，其為白熾燈、LED燈、鹵素燈或發(fā)光板。
7.如權利要求2所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 指示物為分劃板或小孔光闌。
8.如權利要求2所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 分光鏡為平面分光鏡片、分光棱鏡。
9.如權利要求1所述的用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，其特征在于，所述 光學自準直望遠系統(tǒng)通過支撐座來支撐和定位，以使得所述光學自準直望遠系統(tǒng)的光軸通 過起偏臂光軸和檢偏臂光軸的交點，所述光學自準直望遠系統(tǒng)處于起偏臂光軸和檢偏臂光 軸所形成的入射面內，且平分二者所夾的角度。
專利摘要本實用新型公開了一種用于橢偏測量系統(tǒng)的樣品方位校準的裝置，包括光學自準直望遠系統(tǒng)和顯微物鏡組，光學自準直望遠系統(tǒng)包括光學器件套筒，在該光學器件套筒的底部固定設置有滑動裝置，滑動裝置上設置有能夠水平移動的顯微物鏡組，顯微物鏡組在滑動裝置上滑動以實現(xiàn)其與光學器件套筒的光軸重合或遠離。本實用新型采用了自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)結合的方式，通過滑動裝置帶動顯微物鏡離開或進入光學器件套筒的光軸，來實現(xiàn)自準直望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)的功能簡單切換。本實用新型的優(yōu)點在于該系統(tǒng)外形小巧、結構簡單、觀察快速、操作簡捷。
文檔編號G02B23/10GK201681041SQ20102017266
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權日2010年4月22日
發(fā)明者孟永宏, 趙鑫 申請人:北京量拓科技有限公司