專利名稱：用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種橢偏測(cè)量裝置；特別是涉及一種對(duì)具有復(fù)雜橫向結(jié)構(gòu)的 塊狀材料表面或納米薄膜樣品表面上各點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行光譜橢偏分析的變?nèi)肷浣嵌?光譜橢偏成像裝置。
背景技術(shù)：
光波在材料界面反射時(shí)，反射光波的偏振態(tài)受表面調(diào)制會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)反射 界面上存在超薄膜樣品時(shí)，光波的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生顯著的變化。橢偏測(cè)量方法正是 通過(guò)測(cè)量這一變化來(lái)得到樣品的信息(如，折射率和厚度)，它具有兩個(gè)顯著的 優(yōu)點(diǎn)(1 )對(duì)樣品無(wú)擾動(dòng)、無(wú)破壞性，因此可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、離體乃至在體測(cè)
量；(2 )極高的測(cè)量靈敏度，可以達(dá)到原子層量級(jí)的檢測(cè)分析水平。因此，該 方法已經(jīng)成為一種研究納米層構(gòu)材料的有效方法，廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)、表面 材料和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
色散是材料的基本特性之一，因此，光譜橢偏測(cè)量已成為橢偏測(cè)量的重要分 支。光譜橢偏可高精度、高準(zhǔn)確性地給出材料的橢偏參數(shù)與光譜的依賴關(guān)系，利 用這些參數(shù)可以對(duì)材料進(jìn)行多方面的研究，如(a)材料(包括半導(dǎo)體、金屬、 甚至只出現(xiàn)在薄膜上的寬帶隙材料)的介電函數(shù)(例如，作為波長(zhǎng)函數(shù)的光學(xué)介 電常數(shù)的實(shí)部和虛部)，這是目前準(zhǔn)確度最高的方法；(b)可以達(dá)到原子層分辨 率的界面、薄膜或多層膜厚度的結(jié)構(gòu)分布；(c)對(duì)--些合成或合金層(塊狀、薄 膜或表面)的成份分析；(d)納米膜層的表面微粗糙度研究；(e)半導(dǎo)體材料在 制備中的真實(shí)的表面附近溫度的研究；(f)對(duì)靜態(tài)塊狀材料和薄膜進(jìn)行電子或振
動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析。目前的光譜橢偏測(cè)量基本是單光束測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果是光 束范圍內(nèi)的樣品參數(shù)的平均值。由于光束直徑在幾十微米以上，因此該方法的橫 向分辨率低，限制了應(yīng)用。
隨著微、納器件研究的需求和發(fā)展，需要對(duì)同一基片上由一種或多種不同性 質(zhì)材料制備的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的表面分布(如微納表面器件和高通量生物芯片等)進(jìn) 行光譜特性研究。采用單點(diǎn)光譜橢偏儀結(jié)合機(jī)械掃描技術(shù)可以對(duì)整個(gè)樣品進(jìn)行逐 點(diǎn)測(cè)量，可參見(jiàn)文獻(xiàn)(1) - Spatially resolved ellipsometry, M- Erman and J. B. Theeten, Journal of Applied Physics, 1986, 69(3): 859-873)。該技術(shù)只能對(duì)幾十微米以上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分辨，無(wú)法得到更加精細(xì)的表面信息；另一方面，采用機(jī)械掃描時(shí)耗 時(shí)多，如在一個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)量一個(gè)面積為15x25mm的樣品，掃描步距為20微米時(shí)， 需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間才可完成，很難滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)快速測(cè)量的需求。因此發(fā)展 快速的光譜橢偏測(cè)量技術(shù)成為迫切的需求。
為了提高對(duì)樣品的空間分辨率和測(cè)量速度，滿足對(duì)具有橫向空間精細(xì)結(jié)構(gòu)分 布的樣品(如，集成表面格式化器件或生物芯片等)進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合，近年 來(lái)發(fā)展了橢偏成像技術(shù)，可參考文獻(xiàn)(2) -Detection of thickness uniformity of film layers in semiconductor devices by spatially resolved ellipso-interferometry, Teruhito Mishima, Kwan C. Kao, (9/J。.caJ i5) 5^ee/^"私1982, 21(6): 1074-1078。該 技術(shù)在保持橢偏測(cè)量非接觸、高靈敏測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還具有(l)橫向分辨 提高到亞微米水平(最高可達(dá)到光學(xué)衍射極限的水平)；(2)可以對(duì)大面積樣品 上的各點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行快速橢偏測(cè)量分析，因此可顯示樣品表面參數(shù)(如，折射率、 厚度、分子表面密度等)的空間分布。目前，橢偏成像的發(fā)展和應(yīng)用集中在單波 長(zhǎng)上和少數(shù)幾個(gè)分立波長(zhǎng)上。
因此將光譜分辨和空間分辨特性進(jìn)行結(jié)合對(duì)表面和界面可以同時(shí)提供樣品 的光譜和空間分布信息，已成為一種發(fā)展的趨勢(shì)。
文獻(xiàn)(3) :Color-imaging ellipsometer: High-speed characterization of in-plane distribution of film thickness at nano-scale, Tanooka, D. ; Adachi, E. ; Nagayaraa， K., Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers, 2001, 40(2A): 877-880,給出 了一種彩色橢偏成像系統(tǒng)，它利用白光源和一個(gè)三色濾光片產(chǎn)生三種波長(zhǎng)的單色 光，以3色CCD作為探測(cè)器。測(cè)量原理是:建立3個(gè)分立波長(zhǎng)下CCD探測(cè)到的光 強(qiáng)信號(hào)和樣品宏觀參數(shù)(如，膜層厚度)的關(guān)系，然后通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法得到樣 品的特征參數(shù)(如,膜層厚度)分布。其優(yōu)點(diǎn)是，可快速得到樣品的宏觀特征參數(shù) 的分布情況及其定量測(cè)量結(jié)果，并以彩色圖像定性地快速顯示出來(lái)。但不足之處 在于(1)雖然采用了三波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，但并不能得到樣品的光譜信息。(2)定 量測(cè)量時(shí),為了獲得定量關(guān)系式中的未知參數(shù)，必須制備已知厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品(其 厚度測(cè)量借助于零橢偏方法)作為對(duì)照,這限制了其應(yīng)用范圍.
文獻(xiàn)(4) :A new multiple wavelength ellipsometric imager: design, limitations and Applications, P.Boher, O.Thomas, J. P. Piel, J丄Stehle, Thin Solid Films, 2004, 455 - 456: 809 - 818,給出了一種光譜橢偏成像系統(tǒng) 它給出了一種四波長(zhǎng)探測(cè)的方案，采用白光源和四個(gè)濾光片來(lái)分別得到不同波長(zhǎng) 的單色光波。其測(cè)量原理是起偏器先后設(shè)置在四個(gè)不同的方位，攝取四幅圖像， 然后通過(guò)計(jì)算得到樣品的橢偏參數(shù)的定量結(jié)果。該系統(tǒng)可以給出四種波長(zhǎng)下的橢 偏參數(shù)，其缺陷是(l)無(wú)法提供連續(xù)光譜的測(cè)量；(2)采樣方式?jīng)Q定了測(cè)量結(jié)果的精度受到光源偏振態(tài)的影響；(3)在實(shí)際操作中難以排除系統(tǒng)白噪聲的影響。 另外，德國(guó)的Nanofilm公司也研發(fā)了一種利用更換濾光片的方法獲得多個(gè)單色 光波下樣品參數(shù)的光譜橢偏成像系統(tǒng)，但該系統(tǒng)無(wú)法提供連續(xù)波長(zhǎng)的橢偏光譜參 數(shù)測(cè)量。
文獻(xiàn) (5) :Study on Crystallization of a-Si Measured by Imaging Spectroscopic Ellipsometry， A. J. Choi, T. J. Kim and Y. D. Kim， J. H. Oh and J. Jang, Journal of the Korean Physical Society, 2006, 48(6): 1544 1547,給出了一種光譜橢偏成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的入射光照射到樣品表面 上時(shí)采用了會(huì)聚光，這致使入射到樣品上各點(diǎn)的入射角度不同，因此同一樣品上 視場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的橢偏測(cè)量條件存在差異，難于用于定量測(cè)量中的各點(diǎn)參數(shù)值比較， 當(dāng)以Brewster入射角附近入射時(shí)，這一點(diǎn)尤其突出。除此以外，該文獻(xiàn)未給出 利用該系統(tǒng)對(duì)樣品的連續(xù)光譜性質(zhì)進(jìn)行研究。
另外，在進(jìn)行橢偏測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果與入射角度有關(guān)，因此通過(guò)改變?nèi)肷浣?度可以調(diào)節(jié)測(cè)量的靈敏度，獲得更多的測(cè)量數(shù)據(jù)從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提高橢偏測(cè)量的準(zhǔn)確度和獲得更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，從 而提供一種可以進(jìn)行連續(xù)光譜掃描的變?nèi)肷浣嵌鹊墓庾V橢偏成像系統(tǒng)，它同時(shí)能 進(jìn)行光譜分辨、空間分辨和入射角度分辨，還能同時(shí)提供樣品上各點(diǎn)的光譜橢偏 參數(shù)、樣品空間分布、以及根據(jù)樣品來(lái)調(diào)節(jié)入射角度以提高系統(tǒng)分辨率。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型提供的變?nèi)肷浣嵌裙庾V掃描橢偏成像測(cè)量技術(shù)對(duì)表面，尤其是納 米薄膜樣品表面形貌進(jìn)行定量測(cè)量的系統(tǒng)，包括
一入射旋轉(zhuǎn)臂l,該入射旋轉(zhuǎn)臂1可圍繞中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，用于改變?nèi)肷涔?軸與樣品20之間的夾角；
一樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2和出射旋轉(zhuǎn)臂3，入射旋轉(zhuǎn)臂1的末端與出射旋轉(zhuǎn)臂3的前
端重疊在一起，樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2安置在其上并通過(guò)樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的軸將三者連接， 樣品20安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上，樣品垂直于入射面，并且其表面通過(guò)中心軸；
一用于可進(jìn)行波長(zhǎng)掃描的、準(zhǔn)單色光輸出的單色光發(fā)生裝置10，該輸出的光 束用于照明待測(cè)樣品；
一準(zhǔn)直透鏡ll,用于將單色光發(fā)生裝置10產(chǎn)生的光進(jìn)行準(zhǔn)直、擴(kuò)束；
一用于將探測(cè)光束變換為偏振方向可控的線偏振光的線性起偏器12,該線性
起偏器12安裝在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13上；
一個(gè)反射式平面樣品20，該樣品20為一個(gè)反射式的平面塊狀或薄膜材料，用于接收來(lái)自入射部分產(chǎn)生的準(zhǔn)直、準(zhǔn)單色的偏振光波的照明，并對(duì)該光波的偏 振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；
一用于對(duì)樣品20的反射光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制的線性檢偏器31,該線性檢偏器 安裝在出射光軸上；
一個(gè)圖像傳感器34，用于接收樣品經(jīng)成像物鏡所成的實(shí)像，并將其轉(zhuǎn)化為 電信號(hào)；
一用于對(duì)圖像傳感器34采集的圖像進(jìn)行顯示及處理、分析，以及對(duì)整個(gè)裝 置的部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的圖像處理及系統(tǒng)控制部分；其特征在于，還包括
一個(gè)相位補(bǔ)償器14,用于在兩個(gè)互相垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)位相延遲差， 從而改變偏振光的偏振態(tài)；該相位補(bǔ)償器14安裝在補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15上，該相位 補(bǔ)償器14安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂1上的偏振器12與樣品20之間，或出射旋轉(zhuǎn)臂3 上的樣品20與線性檢偏器31之間的光路上；
一用于對(duì)樣品進(jìn)行成像的成像物鏡33用于對(duì)樣品進(jìn)行成像，該成像物鏡33 根據(jù)成像放大率的要求，共軸安放在出射光軸上偏振器31之后，或放置在樣品 20與線性檢偏器31之間；
所述的單色光發(fā)生裝置10、準(zhǔn)直透鏡ll、安裝在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13上的線性 起偏器12依次共軸安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂1上，其光軸為入射光軸；安裝在檢偏器 旋轉(zhuǎn)臺(tái)32上的線性檢偏器31、成像物鏡33共軸安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂2上，其光 軸為出射光軸，圖像傳感器34也安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂上，其像敏面與樣品20經(jīng)成 像物鏡33的實(shí)像重合；單色儀10、起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13、相位補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)14、 檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32、入射旋轉(zhuǎn)臂l、出射旋轉(zhuǎn)臂3、樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其各個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器電連接；計(jì)算機(jī)42發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)控制卡，然后電機(jī)控制 卡將此信號(hào)傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變探測(cè)光的波長(zhǎng)、 線性起偏器12的方位角或線性檢偏器31的方位角或相位補(bǔ)償器14的方位角或 入射光軸相對(duì)于樣品的入射角；通過(guò)位置反饋器，可以將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回 驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)控制卡中，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱41與電子計(jì)算機(jī)42之間 的通訊告知電子計(jì)算機(jī)42當(dāng)前運(yùn)動(dòng)器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；圖像傳感器34與監(jiān)視器 44和圖像采集卡43電連接。
在上述裝置中，所述的圖像處理及系統(tǒng)控制部分中的圖像采集卡43，用于 接收?qǐng)D像傳感器34并將其轉(zhuǎn)化為電子計(jì)算機(jī)42所能處理的圖像格式，它與圖像 傳感器34和電子計(jì)算機(jī)42電連接。
在上述裝置中，所述的線性起偏器12和線性檢偏器31包括二向色性線性 偏振器，格蘭一湯姆森起偏器等可以將任意光波變換成線偏振光的偏振器件。在上述裝置中，所述的單色光發(fā)生裝置10包括如圖3a所示，由寬光譜光 源IOO、聚光鏡IOI、單色儀102組成的單色光掃描裝置，或者如圖3b所示，由 寬光譜光源100、聚光鏡101、單色儀102、光纖103和光纖夾持器104組成的 單色光掃描裝置。
在上述裝置中，所述的相位補(bǔ)償器14包括云母l/4波片，或石英l/4波 片；或液晶1/4波片等可以在兩個(gè)互相垂直的方向上產(chǎn)生介于0 180°的位相 延遲的器件。
在上述裝置中，所述的圖像傳感器34包括:電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體圖像傳感器或陣列式光電轉(zhuǎn)換圖像傳感器。
在上述裝置中，單色光發(fā)生裝置10與入射旋轉(zhuǎn)臂1機(jī)械連接，保證光軸與 入射光軸重合，并處于準(zhǔn)直透鏡11的焦點(diǎn)上；或者如圖3b所示，還包括僅 將單色光發(fā)生裝置10中的光纖103通過(guò)光纖夾持器104安放在光軸上，并處于 準(zhǔn)直透鏡11的焦點(diǎn)上。
在上述裝置中，所述的驅(qū)動(dòng)控制箱41包括電機(jī)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置 反饋器的接收裝置；所述的單色儀10、起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13、相位補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)14、 檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32、入射旋轉(zhuǎn)臂l、出射旋轉(zhuǎn)臂3、樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其電機(jī)與所述的圖像處理及系統(tǒng)控制部分中的驅(qū)動(dòng)控 制箱41的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接；用于對(duì)系統(tǒng)的各器件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)及控制，并 接收來(lái)自各器件的狀態(tài)反饋；其中電機(jī)控制卡分別與計(jì)算機(jī)42、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 和位置反饋器的接收裝置電連接，電機(jī)控制卡把來(lái)自計(jì)算機(jī)42的指令通過(guò)電子 轉(zhuǎn)換后發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，并把來(lái)自位置反饋器的位置指令傳給計(jì)算 機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)電連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；位置反饋器的接收裝置接收 位置反饋器的探測(cè)信號(hào)，并將信號(hào)傳給電機(jī)控制卡。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)的工作原理為入射部分的光軸與出射部分的光軸相交于 待測(cè)樣品上一點(diǎn)并形成入射面，待測(cè)樣品垂直于入射面；入射部分和出射部分中 的各光學(xué)器件共軸安裝在二者確定的光軸上。入射部分發(fā)出的波長(zhǎng)可變的擴(kuò)展準(zhǔn) 直、準(zhǔn)單色偏振光束，照明到待測(cè)樣品上，該樣品對(duì)入射光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制后 發(fā)出反射的偏振光束，該光束進(jìn)入出射部分中再次進(jìn)行偏振態(tài)的調(diào)制后成像在圖 像傳感器34上形成圖像的電信號(hào)。此電信號(hào)進(jìn)入圖像處理及系統(tǒng)控制部分進(jìn)行
圖像采集、顯示及分析處理，該部分對(duì)系統(tǒng)中的各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、控制，并 接收運(yùn)動(dòng)反饋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)納米薄膜表面進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可設(shè)定探 測(cè)光波的光譜范圍、入射角度的掃描范圍，然后進(jìn)行變?nèi)肷浣嵌鹊墓庾V掃描成像 測(cè)量，在每個(gè)確定的波長(zhǎng)和入射角度下，通過(guò)控制起偏器、檢偏器和補(bǔ)償器的方 位角來(lái)得到該采樣點(diǎn)上樣品整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)的橢偏參數(shù)及其分布，在掃描完設(shè)定的波長(zhǎng)和入射角度后，就得到了樣品上各點(diǎn)的光譜橢偏參數(shù)及其分布。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本實(shí)用新型提供的可以進(jìn)行連續(xù)光譜掃描的變?nèi)肷浣嵌鹊墓庾V橢偏成 像的系統(tǒng)，可對(duì)復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)的樣品(如，表面具有非均勻分布的薄膜材料結(jié)構(gòu) 或格式、由不同材料構(gòu)成的復(fù)雜橫向結(jié)構(gòu)的納米層構(gòu)樣品)進(jìn)行快速的光譜測(cè)量， 獲得全表面各微單元的連續(xù)光譜特性，以用于樣品表面的復(fù)雜的橫向結(jié)構(gòu)分析；
(2) 可以大大提髙全表面光譜測(cè)量的測(cè)量速度，樣品的全表面單波長(zhǎng)測(cè)量 只需要數(shù)秒即可完成，相對(duì)單點(diǎn)光譜橢偏掃描成像，速度提高了2-3個(gè)量級(jí)，使 其可能用于在線測(cè)量；
(3) 具有直觀的圖像形式，可以排除非樣品信號(hào)(如局部污染物)，使測(cè)量 的準(zhǔn)確度提高；(4)在橢偏成像中利用光譜解析能力，可提高橢偏測(cè)量空間分辨 的精度和靈敏度。
(4) 本實(shí)用新型提供的方法通過(guò)入射角度掃描可顯著提高樣品測(cè)量的準(zhǔn)確 度，并有效調(diào)節(jié)樣品的分辨率；通過(guò)入射波長(zhǎng)掃描可得到樣品的光譜橢偏參數(shù)； 另外由于采用了成像技術(shù)，因此可以得到樣品視場(chǎng)范圍內(nèi)所有點(diǎn)的橢偏參數(shù)分 布。該技術(shù)同時(shí)提供了微米量級(jí)的橫向分辨率、達(dá)到原子層量級(jí)分析水平的縱向 分辨率，以及連續(xù)波長(zhǎng)的光譜分辨，為納米薄膜材料的分析提供了一種有效的方 法。


圖1是本實(shí)用新型的基于起偏器一補(bǔ)償器一樣品一檢偏器結(jié)構(gòu)的入射角掃 描橢偏成像裝置示意圖
圖2是本實(shí)用新型的基于起偏器一樣品一補(bǔ)償器一檢偏器結(jié)構(gòu)的入射角掃 描橢偏成像裝置示意圖
圖3a是本實(shí)用新型的利用單色儀分光的單色光發(fā)生器示意圖
圖3b是本實(shí)用新型的利用單色儀分光、光纖傳導(dǎo)光波的單色光發(fā)生器示意
圖
圖面標(biāo)示:
入射旋轉(zhuǎn)臂1 聚光鏡101 光纖夾持器104 起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13 樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2 線性檢偏器31
單色光發(fā)生裝置10 單色儀102 準(zhǔn)直透鏡ll 相位補(bǔ)償器14 樣品20
檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32
線性起偏器12 補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15
出射旋轉(zhuǎn)臂3 成像物鏡33
寬光譜光源100 光纖103圖像傳感器34 圖像處理及系統(tǒng)控制部分4 驅(qū)動(dòng)控制箱41
電子計(jì)算機(jī)42 圖像采集卡43 監(jiān)視器4具體實(shí)施方式
參考附圖1對(duì)本實(shí)用新型制作一個(gè)變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像測(cè)量的系統(tǒng)實(shí) 施例,并結(jié)合本實(shí)用新型的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
本實(shí)施例所用的單色光發(fā)生裝置10如圖3a所示由寬光譜光源100、聚光 鏡IOI、單色儀102組成的單色光發(fā)生裝置，安置在入射旋轉(zhuǎn)臂1上的前端部。 單色儀的出光口光軸上。
聚光透鏡11安置在入射旋轉(zhuǎn)臂1的光軸上，對(duì)單色光發(fā)生裝置10出射的光 進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直。聚光透鏡ll為消色差透鏡。
本實(shí)施例所用的線性起偏器12是二向色性線性偏振器，該線性起偏器12 安裝在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13上；
本實(shí)施例所用的相位補(bǔ)償器14是云母1/4波片或石英1/4波片都可以， 它安裝在補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15上；
該單色光發(fā)生裝置10、安裝在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13中的線性起偏器12、安裝在 補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15中的相位補(bǔ)償器14先后依次共軸地安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂1上，其 光軸為入射光軸。其中起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13、補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15均可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)， 入射旋轉(zhuǎn)臂1可以圍繞中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 一樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2和出射旋轉(zhuǎn)臂3，入射 旋轉(zhuǎn)臂1的末端與出射旋轉(zhuǎn)臂3的前端重疊在一起，樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2安置在其上并 通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸將三者連接；樣品20為具有復(fù)雜橫向結(jié)構(gòu)的納米薄膜材料，本 實(shí)施例使用無(wú)標(biāo)記的多元蛋白質(zhì)芯片，將其安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上，樣品垂直于 入射面，并且其表面通過(guò)中心軸；單色儀102、起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)13、補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái) 14、檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32、入射旋轉(zhuǎn)臂1均為由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的 傳動(dòng)裝置，其上的步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接。計(jì)算機(jī)42 發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)控制箱41中的步進(jìn)電機(jī)控制卡，然后步進(jìn)電機(jī)控制卡將此信號(hào) 傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變探測(cè)光的波長(zhǎng)，或線性起偏 器12、相位補(bǔ)償器13、偏振器31方位角或入射光軸相對(duì)于樣品的入射角。通過(guò) 位置反饋器，可以將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)控制卡中， 并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱41與電子計(jì)算機(jī)42之間的通訊告知電子計(jì)算機(jī)42當(dāng)前運(yùn)動(dòng) 器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
另外的實(shí)施例中還可以使用如圖3b所示的單色光發(fā)生裝置10,由寬光譜光 源100、聚光鏡101、單色儀102、光纖103、光纖夾持器104組成的單色光發(fā)生 裝置，其中光纖夾持器104安置在入射旋轉(zhuǎn)臂1上的前端部的光軸上。以及線性起偏器12還可以使用Glan-Thompson起偏器、所述相位補(bǔ)償器14還可以使用液 晶l/4波片，或任何可以在兩個(gè)互相垂直的方向上產(chǎn)生90。位相延遲的器件。
樣品20安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上，還包括一個(gè)安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上的平移 臺(tái)，此平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向平行于入射面，并且垂直于樣品表面，在平移臺(tái)上連接 一個(gè)俯仰臺(tái)，通過(guò)調(diào)節(jié)，使得樣品表面垂直于入射面。在測(cè)量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)平移 臺(tái)和俯仰臺(tái)使得樣品表面垂直于入射面、而且樣品旋轉(zhuǎn)支架的旋轉(zhuǎn)中心通過(guò)樣 品。樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2為由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的常規(guī)蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，其上的
步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接。計(jì)算機(jī)42發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)控 制箱41中的步進(jìn)電機(jī)控制卡，然后步進(jìn)電機(jī)控制卡將此信號(hào)傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變樣品20的與入射光軸之間的入射角。通過(guò)位 置反饋器，可以將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回控制箱41中的電機(jī)控制卡中，并通過(guò) 驅(qū)動(dòng)控制箱41與電子計(jì)算機(jī)42之間的通訊告知電子計(jì)算機(jī)42當(dāng)前運(yùn)動(dòng)器件的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
在光路出射部分，安裝在檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32中的偏振器31、成像物鏡33和 圖像傳感器34共軸依次安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂3上，其光軸與出射光軸重合。圖像 傳感器34的安裝保證其像敏面與樣品20經(jīng)成像物鏡33所成的實(shí)像重合。檢偏 器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。出射旋轉(zhuǎn)臂3可以圍繞中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。檢偏 器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32、出射旋轉(zhuǎn)臂3均為由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的常規(guī)蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動(dòng) 裝置，其上的步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接。計(jì)算機(jī)42發(fā)出 指令給驅(qū)動(dòng)控制箱41中的步進(jìn)電機(jī)控制卡，然后步進(jìn)電機(jī)控制卡將此信號(hào)傳遞 給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變檢偏器31或出射光軸相對(duì)于樣 品的角度。通過(guò)位置反饋器，可以將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回驅(qū)動(dòng)控制箱41中的 電機(jī)控制卡中，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱41與電子計(jì)算機(jī)42之間的通訊告知電子計(jì)算 機(jī)42當(dāng)前運(yùn)動(dòng)器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
所述的驅(qū)動(dòng)控制箱41,包括電機(jī)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置反饋器的接收 裝置；其中電機(jī)控制卡分別與計(jì)算機(jī)42、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、和位置反饋器的接收裝 置電連接，電機(jī)控制卡把來(lái)自計(jì)算機(jī)42的指令通過(guò)電子轉(zhuǎn)換后發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，并把來(lái)自位置反饋器的位置指令傳給計(jì)算機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī) 電連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；位置反饋器的接收裝置接收位置反饋器的探測(cè)信號(hào),
并將信號(hào)傳給電機(jī)控制卡。
本實(shí)施例所述的線性檢偏器31可以使用二向色性線性偏振器，或 Glan-Thompson起偏器等均可以將任意光波變換成線偏振光的偏振器件。
本實(shí)施例的圖像傳感器34形成的圖像的電信號(hào)進(jìn)入圖像采集卡43進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理后，進(jìn)入電子計(jì)算機(jī)42將圖像的電子信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠處理圖像信號(hào),利用電子計(jì)算機(jī)對(duì)這些圖像進(jìn)行分析，可以得到樣品表面的橢偏參數(shù)分布情況，
并據(jù)此得到樣品的厚度、折射率、粗糙度等信息。圖像傳感器34使用，例如 電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器或陣列式光電轉(zhuǎn)換圖像傳感 器。
電子計(jì)算機(jī)42與驅(qū)動(dòng)控制箱41中的電機(jī)控制卡電連接，通過(guò)向驅(qū)動(dòng)控制箱 41中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)單色光發(fā)生裝置10中的單色儀102、起偏器旋 轉(zhuǎn)臺(tái)13、補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)15、檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)32、入射旋轉(zhuǎn)臂1、樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2、 出射旋轉(zhuǎn)臂3的電機(jī)，從而改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)、偏振器件的方位角和入射角，并 且將其位置反饋回驅(qū)動(dòng)控制箱41，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱41與電子計(jì)算機(jī)40通訊， 將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)報(bào)告給電子計(jì)算機(jī)，以進(jìn)行下一步的運(yùn)動(dòng)控制。
在本實(shí)用新型制作的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像裝置上進(jìn)行具體測(cè)量的方法 如下
為了定量測(cè)量一個(gè)樣品，比如，樣品為硅基底上先鍍了納米厚度的鉻膜層， 然后在鉻膜層上鍍?nèi)龑雍穸炔煌慕鸺{米膜層的物理參數(shù)，包括上述樣品中的鉻 膜層的折射率n、消光系數(shù)k、厚度，dl以及金膜層的的各膜層厚度d2,d3，d4 共6個(gè)參數(shù)，采用如下的步驟
1) .設(shè)定入射角的掃描范圍，此范圍為0 90度，設(shè)定入射角掃描步距O.Ol
度；
2) 設(shè)定波長(zhǎng)的掃描范圍，比如為400nm-700nm，并設(shè)定掃描步距，比如5nm;
3) 調(diào)節(jié)樣品臺(tái)的平移臺(tái)和俯仰臺(tái)，保證樣品中心通過(guò)樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)的中心軸， 并且樣品面垂直于入射面光軸；
4) 通過(guò)向計(jì)算機(jī)42中的控制軟件發(fā)出入射角設(shè)置的指令，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng) 控制箱41中的電機(jī)控制卡向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，帶動(dòng)入射旋轉(zhuǎn)臂l、樣 品旋轉(zhuǎn)臺(tái)2、出射旋轉(zhuǎn)臂3中的至少兩個(gè)電機(jī)，從而設(shè)定一個(gè)入射角度；
5) 通過(guò)向電子計(jì)算機(jī)42中的控制軟件發(fā)出波長(zhǎng)設(shè)置的指令，然后利用驅(qū) 動(dòng)控制箱41驅(qū)動(dòng)單色光發(fā)生裝置10來(lái)設(shè)定當(dāng)前所需要的波長(zhǎng)；
6) 采用零橢偏測(cè)量方法，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)42發(fā)出指令設(shè)定相位補(bǔ)償器14 的方位角設(shè)置在45° ,通過(guò)調(diào)節(jié)線性起偏器11和線性檢偏器31達(dá)到圖像傳感 器上達(dá)到消光(即光強(qiáng)最小)。此時(shí)讀取起偏器和檢偏器的方位角P和A，然后 計(jì)算得到當(dāng)前角度、當(dāng)前波長(zhǎng)下的橢偏參數(shù)(W, A);
7) 判斷此時(shí)波長(zhǎng)是否己經(jīng)掃描完設(shè)定的范圍，如果沒(méi)有，執(zhí)行步驟(5)， 如果已完成，執(zhí)行步驟(8);
8) 判斷此時(shí)入射角是否已經(jīng)掃描完設(shè)定的范圍，如果沒(méi)有，執(zhí)行步驟(4)， 如果己經(jīng)掃描完成，執(zhí)行步驟(9);9)根據(jù)要求利用相應(yīng)的該樣品的物理模型(例如對(duì)于厚度為納米量級(jí)的 二氧化硅膜層，所對(duì)應(yīng)的物理模型就是"空氣-二氧化硅-硅"三相型)列出來(lái)上 述測(cè)量結(jié)果與待測(cè)物理參數(shù)之間的關(guān)系式，然后通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方式計(jì)算出待測(cè) 參數(shù)。
其中，步驟(4)中為了測(cè)量單波長(zhǎng)、單角度下的橢偏參數(shù)，也可采用光度 法,如參考文獻(xiàn) (6)- Ralph F. Cohn， James W.Wagner, Dynamic imaging microellipsometry, USA Patent 5076696, Dec. 31,1991.所提供的方法來(lái)測(cè)量 橢偏參數(shù)?；蛘咭部尚D(zhuǎn)偏振器31的RAE方法，如參考文獻(xiàn)(7): An Automatic Ellipsometer for Use in Electrochemical Investigations, R. Greef, Rev. Sci. Inst雨.，1970, 41: 532-538?；蛘咭部尚D(zhuǎn)相位延遲器14的RC E 方法，如參考文獻(xiàn)(8): A rotating-compensator Fourier ellipsometer, P. S. Haugeand F.H.Dill, Opt. Co咖un., 1975, 14， (4): 431—437。
參考附圖2，制作另一個(gè)本實(shí)用新型的較佳的實(shí)施例,與圖1在結(jié)構(gòu)上的不 同是相位補(bǔ)償器14的位置不是放在線性起偏器12和樣品20之間，而是放在樣 品20和線性檢偏器31之間；其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l。
權(quán)利要求1.一種用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像裝置，包括一入射旋轉(zhuǎn)臂(1)，該入射旋轉(zhuǎn)臂(1)用于改變?nèi)肷涔廨S與樣品(20)之間的夾角；一樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)和出射旋轉(zhuǎn)臂(3)，入射旋轉(zhuǎn)臂(1)的末端與出射旋轉(zhuǎn)臂(3)的前端重疊在一起，樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)安置在其上并通過(guò)樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的軸將三者連接，樣品(20)安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)上，樣品垂直于入射面，并且其表面通過(guò)中心軸；一用于可進(jìn)行波長(zhǎng)掃描的、準(zhǔn)單色光輸出的單色光發(fā)生裝置(10)，該輸出的光束用于照明待測(cè)樣品；一準(zhǔn)直透鏡(11)，用于將單色光發(fā)生裝置(10)產(chǎn)生的光進(jìn)行準(zhǔn)直、擴(kuò)束；一用于將探測(cè)光束變換為偏振方向可控的線偏振光的線性起偏器(12)，該線性起偏器(12)安裝在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)(13)上；一個(gè)樣品(20)，該樣品(20)為一個(gè)反射式的平面塊狀或平的薄膜材料，用于樣品接收來(lái)自入射部分產(chǎn)生的準(zhǔn)直、準(zhǔn)單色的偏振光波的照明，并對(duì)該光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一用于對(duì)樣品(20)的反射光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制的線性檢偏器(31)，該線性檢偏器安裝在出射光軸上；一個(gè)圖像傳感器(34)，用于接收樣品經(jīng)成像物鏡所成的實(shí)像，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；一用于對(duì)圖像傳感器(34)采集的圖像進(jìn)行顯示及處理、分析，以及對(duì)整個(gè)裝置的部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的圖像處理及系統(tǒng)控制部分；其特征在于，還包括一個(gè)相位補(bǔ)償器(14)，用于在兩個(gè)互相垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)位相延遲差，改變偏振光的偏振態(tài)；該相位補(bǔ)償器(14)固定在補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)(15)上，并設(shè)置在入射旋轉(zhuǎn)臂(1)上的偏振器(12)與樣品(20)之間的光路上，或出射旋轉(zhuǎn)臂(3)上的樣品(20)與線性檢偏器(310之間的光路上；一用于對(duì)樣品進(jìn)行成像的成像物鏡(33)，該成像物鏡(33)共軸安放在出射光軸上偏振器(31)之后，或放置在樣品(20)與線性檢偏器(31)之間；其中所述的單色光發(fā)生裝置(10)、準(zhǔn)直透鏡(11)、線性起偏器(12)依次共軸安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂(1)上，其光軸為入射光軸；安裝在檢偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)(32)上的線性檢偏器(31)、成像物鏡(33)共軸安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂(2)上，其光軸為出射光軸，圖像傳感器(34)也安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂上，其像敏面與樣品(20)經(jīng)成像物鏡(33)的實(shí)像重合；所述的圖像處理及系統(tǒng)控制部分由驅(qū)動(dòng)控制箱(41)，計(jì)算機(jī)(42)和圖像采集卡(43)組成，所述的計(jì)算機(jī)(42)發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)控制箱(41)中的電機(jī)控制卡，該電機(jī)控制卡將此信號(hào)傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，再將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回驅(qū)動(dòng)控制箱(41)中的電機(jī)控制卡中，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱(41)與電子計(jì)算機(jī)(42)之間的通訊告知電子計(jì)算機(jī)(42)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；圖像傳感器(34)與監(jiān)視器(44)和圖像采集卡(43)電連接。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的單色光發(fā)生裝置(10)中的光纖(103)通過(guò)光纖夾 持器(104)安放在光軸上，并處于準(zhǔn)直透鏡(11)的焦點(diǎn)上。
3. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)控制箱(41)包括電機(jī)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位 置反饋器的接收裝置；所述的單色儀(10)、起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)(13)、相位補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)臺(tái)(14)、檢偏器旋 轉(zhuǎn)臺(tái)(32)、入射旋轉(zhuǎn)臂(1)、出射旋轉(zhuǎn)臂(3)、樣品旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其電機(jī)與所述的圖像處理及系統(tǒng)控制部分中的驅(qū)動(dòng) 控制箱(41)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接；用于對(duì)系統(tǒng)的各器件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)及控制， 并接收來(lái)自各器件的狀態(tài)反饋；其中電機(jī)控制卡分別與計(jì)算機(jī)(42)、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器和位置反饋器的接收裝置電連接，電機(jī)控制卡把來(lái)自計(jì)算機(jī)(42)的指令通過(guò) 電子轉(zhuǎn)換后發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，并把來(lái)自位置反饋器的位置指令傳給 計(jì)算機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)電連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；位置反饋器的接收裝置 接收位置反饋器的探測(cè)信號(hào)，并將信號(hào)傳給電機(jī)控制卡。
4. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的相位補(bǔ)償器(13)為能在兩個(gè)互相垂直的方向上產(chǎn)生 90°位相延遲的器件；該90°位相延遲的器件包括4波片、石英l/4波片或液 晶1/4波片。
5. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于:所述的單色光發(fā)生裝置(10)，包含一個(gè)寬光譜點(diǎn)光源(100)， 一組聚光鏡(101)， 一個(gè)單色儀(102)，其中該一組聚光鏡(101)安裝在寬光 譜點(diǎn)光源(100)輸出光光路上，單色儀(102),以及一組光學(xué)準(zhǔn)直鏡(103)順 序共軸安裝在光路上。
6. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的單色光發(fā)生裝置(10),包含一個(gè)寬光譜點(diǎn)光源(100), 一組聚光鏡(101)， 一個(gè)單色儀(102)， 一根光纖(103)、 一個(gè)光纖夾持器(104)， 其中光纖夾持器(104)入射光軸上，并處于準(zhǔn)直透鏡(11)的焦點(diǎn)上。
7. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的線性起偏器(12)或線性檢偏器(31)為將光波變換 成線偏振光的偏振器件，該偏振器件包括二向色性線性偏振器或格蘭一湯姆森偏振器。
8. 按權(quán)利要求1所述的用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像 裝置，其特征在于所述的圖像傳感器(34)為電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體圖像傳感器或陣列式光電轉(zhuǎn)換圖像傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于納米薄膜表面測(cè)量的變?nèi)肷浣嵌裙庾V橢偏成像裝置，包括單色光發(fā)生裝置、準(zhǔn)直透鏡、線性起偏器依次共軸安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂上，線性檢偏器、成像物鏡共軸安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂上；圖像傳感器安裝在出射旋轉(zhuǎn)臂上，和由驅(qū)動(dòng)控制箱，計(jì)算機(jī)和圖像采集卡組成圖像處理及系統(tǒng)控制部分；計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給電機(jī)控制卡，該電機(jī)控制卡將此信號(hào)傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，再將器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋回驅(qū)動(dòng)控制箱中的電機(jī)控制卡中，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制箱與電子計(jì)算機(jī)之間的通訊告知電子計(jì)算機(jī)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；圖像傳感器與監(jiān)視器和圖像采集卡電連接。通過(guò)入射角度掃描和波長(zhǎng)掃描，同時(shí)得到樣品視場(chǎng)范圍內(nèi)各點(diǎn)的光譜橢偏參數(shù)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK201000428SQ20072010332
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者孟永宏, 剛 靳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所