用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学仪器，尤其涉及一种用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置和方法。
【背景技术】
[0002]斜入射光反射差法是近年来发展起来的一种非接触、无损伤的高灵敏度探测新方法，利用在样品表面反射的光，不仅可同时获得实部和虚部两路信号，具有很高的灵敏度，而且具有很高的空间分辨率和时间分辨率。其竖向可分辨一个原子层，也就是空间分辨率可达到纳米级，但是由于常用位移平台机械的步进一般为微米量级，以及光斑聚焦直径大约为几十微米，其水平面空间分辨率只能达到微米级，与其竖向空间分辨率相差甚远，对于在水平方向微结构探测的应用存在着限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有斜入射光反射差成像测量技术的缺陷，从而提供一种用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置和方法，该方法具有测量时间短、系统噪声低、空间分辨率高、能快速检测微结构的特点。
[0004]本发明提供的用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置，包括入射光路、样品台、出射光路、信号放大和数据采集处理系统，所述入射光路包括激光器、起偏器、光弹调制器和移相器，其中在激光器输出光前方光路上顺序设置所述起偏器、光弹调制器和移相器;所述出射光路包括检偏器和光电信号转换器，经样品台上的样品反射后的出射光束前方顺序设置所述检偏器和光电信号转换器;所述光电信号转换器连接到所述信号放大和数据采集处理系统;所述入射光路中还包括设置于移相器和样品台之间的聚焦装置;所述出射光路中还包括设置于样品台和检偏器之间的扩束装置，用于将经过样品反射的出射光进行扩束。
[0005]在上述的技术方案中，所述聚焦装置为聚焦透镜组，将平行入射光聚焦在样品表面。
[0006]在上述的技术方案中，所述扩束装置为扩束透镜组，将经样品反射的发散光束变为平行光，并对其扩束。
[0007]在上述的技术方案中，所述样品台为高精密二维平移台。
[0008]在上述的技术方案中，所述光电信号转换器为面阵CCD。
[0009]在上述的技术方案中，所述信号放大和数据采集处理系统包括，锁相放大器、BNC适配器、数据采集卡和数据处理装置;其中所述锁相放大器将采集到的信号放大，并通过BNC适配器将数据传输至数据采集卡;其中所述数据采集卡采集BNC适配器输出的数据，并传送给数据处理装置;其中所述数据处理装置为电子计算机或微处理器，对数据采集卡发送来的数据进行存储、分析和处理。
[0010]本发明利用上述装置进行高空间分辨率检测微结构的方法，包括如下步骤:
[0011]1.用砂纸或磨轮将样品端面磨平，将样品放在用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置的样品台上，磨平的端面向上；
[0012]2.打开激光器，输出的激光入射到起偏器，调节起偏器的透光轴方向，使其平行于基片入射平面的P偏振方向，从起偏器出射的偏振光通过前方的光弹调制器，光弹调制器的频率设为50kHz ；
[0013]3.调节相移器，将基频信号调零，调节样品台，使光路通过样品，调节聚焦装置，使得光汇聚在样品表面处，调节扩束装置，调节出射光为宽束平行光；
[0014]4.用面阵CCD做探测器，用电子计算机或微处理器对检测结果进行数据采集和处理。
[0015]本发明的优点在于:
[0016]本发明提供的扩束装置设置在斜入射光反射差法的装置的出射光路中，可以通过调节放大倍数与焦点位置来调节出射光线的光束大小，使用CCD对光线进行成像测量，可以将小尺度的样品在更大的尺度下测量，从而突破了机械位移以及光斑直径造成的分辨极限，从而可以提高斜入射光反射差方法的空间分辨率，使其在微结构测量上的到更为广泛的应用。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
[0018]图1是本发明实施例中用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置的组成示意图；
[0019]图2是本发明实施例中用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置高分辨的探测微结构的原理示意图；
[0020]图3是本发明实施例中用于微结构检测的高空间分辨率光反射差方法的流程图；
[0021]图中:
[0022]101 激光器102 起偏器103 光弹调制器104 移相器
[0023]105——聚焦装置106——样品台107——扩束装置108——检偏器
[0024]109光电信号转换器110信号放大和数据采集处理系统
[0025]201――未聚焦入射光束202――聚焦后入射光束203――样品表面反射光束
[0026]204——扩束后光束
【具体实施方式】
[0027]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0028]为了有效实现对微结构的测量，本发明实施例提供一种用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置和方法。图1为本发明实施例中用于微结构检测的高空间分辨率光反射差装置的组成示意图。如图1所示，本实施例的装置，包括入射光路、样品台106、出射光路、信号放大和数据采集处理系统110，所述入射光路包括激光器101、起偏器102、光弹调制器103和移相器104，其中在激光器101输出光前方光路上顺序设置所述起偏器102、光弹调制器103和移相器104;所述出射光路包括检偏器108和光电信号转换器109，经样品台106上的样品反射后的出射光束前方顺序设置所述检偏器108和光电信号转换器109;所述光电信号转换器109连接到所述信号放大和数据采集处理系统110;所述入射光路中还包括设置于移相器104和样品台106之间的聚焦装置105;所述出射光路中还包括设置于样品台106和检偏器108之间的扩束装置107，用于将经过样品反射的出射光进行扩束。
[0029]本实施例的装置中，所述聚焦装置105为聚焦透镜组，将平行入射光聚焦在样品表面。
[0030]本实施例的装置中，所述扩束装置107为扩束透镜组，将经样品反射的发散光束变为平行光，并对其扩束。
[0031]本实施例的装置中，所述样品台106为