用于微結構檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學儀器，尤其涉及一種用于微結構檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法。
【背景技術】
[0002]斜入射光反射差法是近年來發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到納米級，但是由于常用位移平臺機械的步進一般為微米量級，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到微米級，與其豎向空間分辨率相差甚遠，對于在水平方向微結構探測的應用存在著限制。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有斜入射光反射差成像測量技術的缺陷，從而提供一種用于微結構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、系統噪聲低、空間分辨率高、能快速檢測微結構的特點。
[0004]本發明提供的用于微結構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、信號放大和數據采集處理系統，所述入射光路包括激光器、起偏器、光彈調制器和移相器，其中在激光器輸出光前方光路上順序設置所述起偏器、光彈調制器和移相器;所述出射光路包括檢偏器和光電信號轉換器，經樣品臺上的樣品反射后的出射光束前方順序設置所述檢偏器和光電信號轉換器;所述光電信號轉換器連接到所述信號放大和數據采集處理系統;所述入射光路中還包括設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置于樣品臺和檢偏器之間的擴束裝置，用于將經過樣品反射的出射光進行擴束。
[0005]在上述的技術方案中，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]在上述的技術方案中，所述擴束裝置為擴束透鏡組，將經樣品反射的發散光束變為平行光，并對其擴束。
[0007]在上述的技術方案中，所述樣品臺為高精密二維平移臺。
[0008]在上述的技術方案中，所述光電信號轉換器為面陣CCD。
[0009]在上述的技術方案中，所述信號放大和數據采集處理系統包括，鎖相放大器、BNC適配器、數據采集卡和數據處理裝置;其中所述鎖相放大器將采集到的信號放大，并通過BNC適配器將數據傳輸至數據采集卡;其中所述數據采集卡采集BNC適配器輸出的數據，并傳送給數據處理裝置;其中所述數據處理裝置為電子計算機或微處理器，對數據采集卡發送來的數據進行存儲、分析和處理。
[0010]本發明利用上述裝置進行高空間分辨率檢測微結構的方法，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構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，調節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制器，光彈調制器的頻率設為50kHz ；
[0013]3.調節相移器，將基頻信號調零，調節樣品臺，使光路通過樣品，調節聚焦裝置，使得光匯聚在樣品表面處，調節擴束裝置，調節出射光為寬束平行光；
[0014]4.用面陣CCD做探測器，用電子計算機或微處理器對檢測結果進行數據采集和處理。
[0015]本發明的優點在于:
[0016]本發明提供的擴束裝置設置在斜入射光反射差法的裝置的出射光路中，可以通過調節放大倍數與焦點位置來調節出射光線的光束大小，使用CCD對光線進行成像測量，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，使其在微結構測量上的到更為廣泛的應用。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0018]圖1是本發明實施例中用于微結構檢測的高空間分辨率光反射差裝置的組成示意圖；
[0019]圖2是本發明實施例中用于微結構檢測的高空間分辨率光反射差裝置高分辨的探測微結構的原理示意圖；
[0020]圖3是本發明實施例中用于微結構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 光彈調制器104 移相器
[0023]105——聚焦裝置106——樣品臺107——擴束裝置108——檢偏器
[0024]109光電信號轉換器110信號放大和數據采集處理系統
[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——擴束后光束
【具體實施方式】
[0027]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0028]為了有效實現對微結構的測量，本發明實施例提供一種用于微結構檢測的高空間分辨率光反射差裝置和方法。圖1為本發明實施例中用于微結構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、信號放大和數據采集處理系統110，所述入射光路包括激光器101、起偏器102、光彈調制器103和移相器104，其中在激光器101輸出光前方光路上順序設置所述起偏器102、光彈調制器103和移相器104;所述出射光路包括檢偏器108和光電信號轉換器109，經樣品臺106上的樣品反射后的出射光束前方順序設置所述檢偏器108和光電信號轉換器109;所述光電信號轉換器109連接到所述信號放大和數據采集處理系統110;所述入射光路中還包括設置于移相器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置于樣品臺106和檢偏器108之間的擴束裝置107，用于將經過樣品反射的出射光進行擴束。
[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，所述擴束裝置107為擴束透鏡組，將經樣品反射的發散光束變為平行光，并對其擴束。
[0031]本實施例的裝置中，所述樣品臺106為