用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器，尤其涉及一種用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]斜入射光反射差法是近年來發(fā)展起來的一種非接觸、無損傷的高靈敏度探測新方法，利用在樣品表面反射的光，不僅可同時獲得實部和虛部兩路信號，具有很高的靈敏度，而且具有很高的空間分辨率和時間分辨率。其豎向可分辨一個原子層，也就是空間分辨率可達(dá)到納米級，但是由于常用位移平臺機(jī)械的步進(jìn)一般為微米量級，以及光斑聚焦直徑大約為幾十微米，其水平面空間分辨率只能達(dá)到微米級，與其豎向空間分辨率相差甚遠(yuǎn)，對于在水平方向微結(jié)構(gòu)探測的應(yīng)用存在著限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有斜入射光反射差成像測量技術(shù)的缺陷，從而提供一種用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法，該方法具有測量時間短、系統(tǒng)噪聲低、空間分辨率高、能快速檢測微結(jié)構(gòu)的特點。
[0004]本發(fā)明提供的用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置，包括入射光路、樣品臺、出射光路、信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，所述入射光路包括激光器、起偏器、光彈調(diào)制器和移相器，其中在激光器輸出光前方光路上順序設(shè)置所述起偏器、光彈調(diào)制器和移相器;所述出射光路包括檢偏器和光電信號轉(zhuǎn)換器，經(jīng)樣品臺上的樣品反射后的出射光束前方順序設(shè)置所述檢偏器和光電信號轉(zhuǎn)換器;所述光電信號轉(zhuǎn)換器連接到所述信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng);所述入射光路中還包括設(shè)置于移相器和樣品臺之間的聚焦裝置;所述出射光路中還包括設(shè)置于樣品臺和檢偏器之間的擴(kuò)束裝置，用于將經(jīng)過樣品反射的出射光進(jìn)行擴(kuò)束。
[0005]在上述的技術(shù)方案中，所述聚焦裝置為聚焦透鏡組，將平行入射光聚焦在樣品表面。
[0006]在上述的技術(shù)方案中，所述擴(kuò)束裝置為擴(kuò)束透鏡組，將經(jīng)樣品反射的發(fā)散光束變?yōu)槠叫泄?，并對其擴(kuò)束。
[0007]在上述的技術(shù)方案中，所述樣品臺為高精密二維平移臺。
[0008]在上述的技術(shù)方案中，所述光電信號轉(zhuǎn)換器為面陣CCD。
[0009]在上述的技術(shù)方案中，所述信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括，鎖相放大器、BNC適配器、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)處理裝置;其中所述鎖相放大器將采集到的信號放大，并通過BNC適配器將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡;其中所述數(shù)據(jù)采集卡采集BNC適配器輸出的數(shù)據(jù)，并傳送給數(shù)據(jù)處理裝置;其中所述數(shù)據(jù)處理裝置為電子計算機(jī)或微處理器，對數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和處理。
[0010]本發(fā)明利用上述裝置進(jìn)行高空間分辨率檢測微結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
[0011]1.用砂紙或磨輪將樣品端面磨平，將樣品放在用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置的樣品臺上，磨平的端面向上；
[0012]2.打開激光器，輸出的激光入射到起偏器，調(diào)節(jié)起偏器的透光軸方向，使其平行于基片入射平面的P偏振方向，從起偏器出射的偏振光通過前方的光彈調(diào)制器，光彈調(diào)制器的頻率設(shè)為50kHz ；
[0013]3.調(diào)節(jié)相移器，將基頻信號調(diào)零，調(diào)節(jié)樣品臺，使光路通過樣品，調(diào)節(jié)聚焦裝置，使得光匯聚在樣品表面處，調(diào)節(jié)擴(kuò)束裝置，調(diào)節(jié)出射光為寬束平行光；
[0014]4.用面陣CCD做探測器，用電子計算機(jī)或微處理器對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0016]本發(fā)明提供的擴(kuò)束裝置設(shè)置在斜入射光反射差法的裝置的出射光路中，可以通過調(diào)節(jié)放大倍數(shù)與焦點位置來調(diào)節(jié)出射光線的光束大小，使用CCD對光線進(jìn)行成像測量，可以將小尺度的樣品在更大的尺度下測量，從而突破了機(jī)械位移以及光斑直徑造成的分辨極限，從而可以提高斜入射光反射差方法的空間分辨率，使其在微結(jié)構(gòu)測量上的到更為廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0018]圖1是本發(fā)明實施例中用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置的組成示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例中用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置高分辨的探測微結(jié)構(gòu)的原理示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例中用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差方法的流程圖；
[0021]圖中:
[0022]101 激光器102 起偏器103 光彈調(diào)制器104 移相器
[0023]105——聚焦裝置106——樣品臺107——擴(kuò)束裝置108——檢偏器
[0024]109光電信號轉(zhuǎn)換器110信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
[0025]201――未聚焦入射光束202――聚焦后入射光束203――樣品表面反射光束
[0026]204——擴(kuò)束后光束
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0028]為了有效實現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)的測量，本發(fā)明實施例提供一種用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法。圖1為本發(fā)明實施例中用于微結(jié)構(gòu)檢測的高空間分辨率光反射差裝置的組成示意圖。如圖1所示，本實施例的裝置，包括入射光路、樣品臺106、出射光路、信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)110，所述入射光路包括激光器101、起偏器102、光彈調(diào)制器103和移相器104，其中在激光器101輸出光前方光路上順序設(shè)置所述起偏器102、光彈調(diào)制器103和移相器104;所述出射光路包括檢偏器108和光電信號轉(zhuǎn)換器109，經(jīng)樣品臺106上的樣品反射后的出射光束前方順序設(shè)置所述檢偏器108和光電信號轉(zhuǎn)換器109;所述光電信號轉(zhuǎn)換器109連接到所述信號放大和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)110;所述入射光路中還包括設(shè)置于移相器104和樣品臺106之間的聚焦裝置105;所述出射光路中還包括設(shè)置于樣品臺106和檢偏器108之間的擴(kuò)束裝置107，用于將經(jīng)過樣品反射的出射光進(jìn)行擴(kuò)束。
[0029]本實施例的裝置中，所述聚焦裝置105為聚焦透鏡組，將平行入射光聚焦在樣品表面。
[0030]本實施例的裝置中，所述擴(kuò)束裝置107為擴(kuò)束透鏡組，將經(jīng)樣品反射的發(fā)散光束變?yōu)槠叫泄猓ζ鋽U(kuò)束。
[0031]本實施例的裝置中，所述樣品臺106為