專利名稱：一種用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種對探測光束的光強進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法和裝置，特別涉及一 種在橢偏測量裝置中對探測光強進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。
背景技術(shù)：
橢偏測量術(shù)是用于納米薄膜表征的重要方法之一，它利用光波經(jīng)表面反射前 后偏振態(tài)的變化來探測樣品的信息，如折射率、厚度、表面粗糙度等。該技術(shù)具 有兩個顯著的優(yōu)點(1 )對樣品無擾動、無破壞性，因此可進(jìn)行實時測量、離 體乃至在體測量；(2)可達(dá)到原子層量級的測量靈敏度。因此，自從十九世紀(jì) 該方法建立以來，尤其是二十世紀(jì)六十年代中期隨著微電子技術(shù)和自動化技術(shù)的 發(fā)展，該方法已廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)、表面材料和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?？蓞⒖嘉?br> 獻(xiàn)(1): R. M. A. Azz柳andN. M. Bashara， Ellipsometry and Polarized Light, 1st edition, Amsterdam: North-Holland publishing company, 1977，及參考文 獻(xiàn)(2〕- Harland G. Tompkins and Eugene A. Irene, Handbook of ellipsometry, NewYork: William Andrew Inc., 2005.
橢偏測量方法很多，通常是通過橢偏測量儀器得到樣品的橢偏參數(shù)(vj;和A), 然后通過對樣品建立的物理模型，采用數(shù)據(jù)擬合的方法得到樣品的特征參數(shù)，如 膜層厚度、折射率等。橢偏測量儀器獲得橢偏參數(shù)最基本的方法是零橢偏測量方 法(NullEllipsometry),比較常用的方法有旋轉(zhuǎn)偏振器件的方法，如旋轉(zhuǎn)起偏 器的RPE (Rotating Polarizer Ellipsometry)、旋轉(zhuǎn)檢偏器的RAE (Rotating Analyzer Ell ipsometry )、 旋轉(zhuǎn)補償器的 RCE ( Rotating Compensator Ellipsoraetry)，此外還有相位調(diào)制方法PME (Phase Modulation Ellipsometry) 等。在測量中，光強和探測器響應(yīng)的匹配是一個基本問題。
這是由于探測器輸出的電信號與探測光的波長、光源的強度、入射角、系統(tǒng) 偏振器件的設(shè)置、系統(tǒng)各光學(xué)器件的吸收系數(shù)、探測器的光譜響應(yīng)等相關(guān)，因此， 解決該問題成為儀器設(shè)計和使用中的基本問題之一。比如，在相同的系統(tǒng)設(shè)置下 對不同的樣品測量時，由于層構(gòu)樣品的差異，會導(dǎo)致到達(dá)探測器的光強太低而導(dǎo) 致信噪比下降，或者由于光強太高而超出探測器的范圍產(chǎn)生飽和現(xiàn)象?；蛘邔ν?一個樣品，當(dāng)入射角度或光譜發(fā)生變化時，也會由于系統(tǒng)對樣品的光學(xué)響應(yīng)、光
源的能量光譜分布、或探測器的光譜響應(yīng)產(chǎn)生探測到的光強太低或太高的現(xiàn)象。 因此，根據(jù)橢偏測量系統(tǒng)對樣品的測量情況，為使測量結(jié)果處于最佳的信噪比， 在測量過程中，必須對系統(tǒng)探測光束的光強進(jìn)行調(diào)節(jié)。
解決該問題的常用的方法有(1)在橢偏裝置中通過調(diào)節(jié)光源出射光的強度 來調(diào)節(jié)進(jìn)入光強，比如在光譜橢偏測量裝置中采用調(diào)節(jié)單色儀的入口或出口的光 闌寬度來調(diào)節(jié)光強；(2 )在入射光路中加入透過系數(shù)可變的濾光片；(3 )調(diào)節(jié)
光電探測器的電子增益，通過增益調(diào)節(jié)可以改變輸出信號，但該方法通常無法改 善信噪比。因此，己有方法存在調(diào)節(jié)范圍小、難以精確的連續(xù)調(diào)節(jié)等不足。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述通常的調(diào)節(jié)范圍小、難以精確的連續(xù)調(diào)節(jié)、
無法改善圖象的信噪比等缺陷；從而提供一種在原有橢偏測量裝置上設(shè)置一個偏 振器件，通過改變與線性起偏器的方位角的夾角e ，而來獲得連續(xù)的大范圍的 光強調(diào)節(jié)，即可在大范圍內(nèi)對光強進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的
本實用新型提供的用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，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2安置在其上并通過樣品旋轉(zhuǎn)臺2的軸將三者連接， 樣品20安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺2上，樣品垂直于入射面，并且其表面通過中心軸；
一用于可進(jìn)行波長掃描的、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、擴束；
一用于將探測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安裝在單色光發(fā)生裝置10和準(zhǔn)直透鏡11產(chǎn)生的擴展探測光的光路上; 一個反射式平面樣品20，該樣品20為一個平的反射式的平面塊狀或薄膜材
料，用于樣品接收來自入射部分產(chǎn)生的準(zhǔn)直、準(zhǔn)單色的偏振光波的照明，并對該
光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；
一用于對樣品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；
一個圖像傳感器34,用于接收樣品經(jīng)成像物鏡所成的實像，并將其轉(zhuǎn)化為 電信號；
一數(shù)據(jù)采集器43,與光電探測器34和電子計算機42電連接，用于接收光
電探測器34得到的電信號，將其轉(zhuǎn)換成電子計算機42能夠處理的數(shù)字信號；
一電子計算機42，與數(shù)據(jù)采集器43和控制箱41電連接，用于接收數(shù)據(jù)采 集器43的信號，對其進(jìn)行處理分析，根據(jù)分析的結(jié)果對控制箱41發(fā)出運動指令， 同時接收來自控制箱41的運動位置反饋信號；
一控制箱41，與電子計算機42和運動部件電連接，用于接收來自電子計算 機42發(fā)出的運動指令，接收來自各器件的狀態(tài)反饋，將信號反饋回電子計算機 42中進(jìn)行處理，以及驅(qū)動運動部件運動；
其特征在于，還包括一通過機械連接方式固定在偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中的線性 偏振器12，該線性偏振器12共中心軸地安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂1光軸上，并置于所 述的線性起偏器14前，用于把探測光波轉(zhuǎn)換成線性偏振光；偏振器旋轉(zhuǎn)臺13上 的電機與控制箱41電連接并受其驅(qū)動，可帶動線性偏振器12進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)， 從而改變線性偏振器12與線性起偏器14的方位角的差e ，該方位角的差為02 9 590°。
在上述的技術(shù)方案中，所述的線性偏振器12為可以將任意光波變換成線偏 振光的偏振器件，例如二向色性線性偏振器，格蘭一湯姆森偏振器 (Glan-Thompson偏振器)或格蘭一泰勒偏振器(Glan-Taylor偏振器)等。
在上述的技術(shù)方案中，還包括相位補償器16和補償器旋轉(zhuǎn)臺17，該相位補 償器16安裝在所述的補償器旋轉(zhuǎn)臺17上，所述的相位補償器16設(shè)置在入射旋 轉(zhuǎn)臂1上的線性起偏器12光路后，所述的補償器旋轉(zhuǎn)臺17中的電機與控制箱 41電連接，電子計算機42與控制箱41電連接，向其發(fā)出運動指令，并接收來 自控制箱41的反饋信息。
在上述的技術(shù)方案中，還包括成像物鏡33，該成像物鏡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。
在上述的技術(shù)方案中，所述的偏振器旋轉(zhuǎn)臺13由電機帶動的精密傳動裝置， 例如蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺；該旋轉(zhuǎn)臺上的電機與驅(qū)動控制箱41中的電機驅(qū) 動器電連接，計算機42發(fā)出指令給驅(qū)動控制箱41中的電機控制卡，然后電機控 制卡將此信號傳遞給電機驅(qū)動器后帶動驅(qū)動器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變線性偏振器 12的方位角；通過位置反饋器，可以將器件的運動狀態(tài)反饋回驅(qū)動控制箱41中 的電機控制卡中，并通過驅(qū)動控制箱41與電子計算機42之間的通訊告知電子計 算機42當(dāng)前運動器件的運動狀態(tài)。
本實用新型的工作原理為在橢偏測量裝置中，單色光發(fā)生器10發(fā)出的光 波首先進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡11，然后在線性起偏器14前放置固定于偏振器旋轉(zhuǎn)臺13 中的線性偏振器12。探測光束經(jīng)過線性起偏器14、樣品20、線性檢偏器31等 器件后進(jìn)入光電探測器34中。由數(shù)據(jù)采集器43把光電探測器34的信號轉(zhuǎn)換成
電子計算機42能夠處理的數(shù)據(jù)格式。然后根據(jù)對此數(shù)據(jù)或一系列數(shù)據(jù)的分析， 來確定進(jìn)入橢偏測量裝置中的光強是否在探測器的動態(tài)范圍內(nèi)(此處修改!)，據(jù) 此判斷是否需要或者需要對線性偏振器12和線性起偏器14的方位角之差e調(diào) 節(jié)多少。如果需要調(diào)節(jié)，就由電子計算機42發(fā)出指令給控制箱41，控制箱41 驅(qū)動偏振器旋轉(zhuǎn)臺13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變線性偏振器12和線性起偏器14的方 位角之差e ，直至達(dá)到要求為止。理論上，調(diào)節(jié)后進(jìn)入線性起偏器14的光強為
/ = /iJ0cos2e
其中K (0<K<1)為透過率，1。為入射到線性偏振器12上的光強值。由此可見， I的值可以在0 KI。之間進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。實際上由于器件的缺陷，當(dāng)9=90°時， I并不能達(dá)到零，比如，對于Glan-Taylor偏振器，通常可達(dá)到10—5KI。，在這種 情況下，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到105倍。
本實用新型的優(yōu)點在于
本實用新型提供的用于橢偏測量中的光強調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)簡單，通過在橢偏測 量裝置中設(shè)置一個線性偏振器12,通過改變線性偏振器12與線性起偏器14的 方位角的夾角9，來獲得連續(xù)的大范圍的光強調(diào)節(jié)，使得調(diào)節(jié)方法靈活方便。


圖1是本實用新型用于旋轉(zhuǎn)檢偏器的光譜橢偏儀的示意圖 圖2是本實用新型用于旋轉(zhuǎn)起偏器的橢偏測量裝置的示意圖 圖3是本實用新型用于旋轉(zhuǎn)補償器的橢偏成像測量裝置的示意圖
圖面標(biāo)示
單色光發(fā)生器10 偏振器旋轉(zhuǎn)臺13 相位補償器16 線性檢偏器31 光電探測器34 數(shù)據(jù)采集器43
準(zhǔn)直透鏡ll 線性起偏器14 補償器旋轉(zhuǎn)臺17 檢偏器旋轉(zhuǎn)臺32 控制箱41
線性偏振器12 起偏器旋轉(zhuǎn)臺15 樣品20 成像物鏡33 電子計算機4具體實施方式
下面通過實施例來對本實用新型的裝置和調(diào)節(jié)方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。
參考圖1,制作一起偏器一樣品一旋轉(zhuǎn)檢偏器結(jié)構(gòu)的用于橢偏測量中的光強調(diào)節(jié)方法和裝置，并在該光譜橢偏儀上進(jìn)行光強調(diào)節(jié)的方法。
該橢偏儀基本結(jié)構(gòu)為入射旋轉(zhuǎn)臂l上依次安裝了單色光發(fā)生器10、準(zhǔn)直 透鏡ll、線性起偏器14,探測光經(jīng)樣品20反射后進(jìn)入反射旋轉(zhuǎn)臂3,反射旋轉(zhuǎn) 臂3上依次安裝了固定于檢偏器旋轉(zhuǎn)臺32內(nèi)的線性檢偏器31和光電探測器34。 為了控制線性檢偏器31繞反射光軸旋轉(zhuǎn)，檢偏器旋轉(zhuǎn)臺32中的電機與控制箱 41電連接，接收其驅(qū)動。電子計算機42與控制箱41電連接，向其發(fā)出運動指 令，并接收來自控制箱41的反饋信息。另一方面，光電探測器34接收到的信號 通過數(shù)據(jù)采集器43的轉(zhuǎn)換傳入電子計算機42。本發(fā)明的改進(jìn)之處是在準(zhǔn)直透鏡 11和線性起偏器14之間共軸安裝一個線性偏振器12，該線性偏振器12固定于 中空的偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中，可以圍繞入射光軸進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。偏振器旋轉(zhuǎn)臺 13為電機驅(qū)動的精密蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺，偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中的電機與控 制箱41電連接，接收由電子計算機42發(fā)出的指令由控制箱41發(fā)出的電力驅(qū)動。 偏振器旋轉(zhuǎn)臺13:的位置信號也通過控制箱41反饋給電子計算機42。
測量時，首先設(shè)置線性起偏器14的方位角、線性檢偏器31的運動步距，以 及采樣的點數(shù)，比如運動步距設(shè)置為45° ，對應(yīng)的采樣點為8。由電子計算機42 向控制箱41發(fā)出運動指令，在控制箱41的驅(qū)動下，檢偏器旋轉(zhuǎn)臺32運動一個 步距，然后由光電探測器34進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)采集器43變換成電 子計算機42能夠接收的數(shù)據(jù)格式進(jìn)入電子計算機42進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲及處理,然后 進(jìn)行下一個循環(huán),直至完成所有的采樣點。這樣依次得到一系列的數(shù)據(jù)I1,12，…， 18，其中最大值記為Imax。如果Iraax處于光電探測器34的響應(yīng)范圍內(nèi)，那么 可以利用傅里葉分析的方法得到樣品的橢偏參數(shù)值V和A。但是如果Imax超出光 電探測器34的響應(yīng)范圍時，這組數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)就不能作為計算的數(shù)據(jù)源。 在這種情況下，就需要對進(jìn)入線性起偏器14的光強進(jìn)行調(diào)節(jié)。
設(shè)線性偏振器12和線性起偏器14方位角之間的夾角為8 。這種經(jīng)過改進(jìn) 后的系統(tǒng)在測量時，通過對系列數(shù)據(jù)I1，12，…，18與光電探測器34的響應(yīng)范圍 的比較，由電子計算機42分析出是否需要光強調(diào)節(jié)。比如Imax是否超出響應(yīng)范 圍，過高或過低，或者雖然Imax處于響應(yīng)范圍內(nèi)，但遠(yuǎn)小于響應(yīng)范圍的上限， 從而導(dǎo)致信噪比低。在這些情況下，由電子計算機42分析出應(yīng)該把e調(diào)節(jié)到何 種程度，比如9=60° ，然后發(fā)出指令給控制箱41,由控制箱41驅(qū)動偏振器旋 轉(zhuǎn)臺13帶動線性偏振器12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于線性起振器14的方位角不變化，因 此通過線性偏振器12方位角的變化，使得0角獲得改變，因此，進(jìn)入線性起偏 器的光強變?yōu)?br> 1。為入射到線性偏振器12上的光強值。由此可見，I的值可以在0 KI。之間進(jìn) 行連續(xù)調(diào)節(jié)。實際上由于器件的缺陷，當(dāng)6=90°時，I并不能達(dá)到零，比如，對 于Glan-Taylor偏振器，通?？蛇_(dá)到10—5KI。，在這種情況下，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到 105倍。
在調(diào)節(jié)完后，利用光譜橢偏儀再次進(jìn)行測量，評價獲取的一系列數(shù)據(jù)是否滿 足要求，如果滿足，就可利用傅里葉分析方法得到橢偏參數(shù)M/和A。如果還不滿 足，可以繼續(xù)調(diào)節(jié)e 。 實施例2
參考圖2,它是利用本實用新型在旋轉(zhuǎn)起偏器一樣品一檢偏器結(jié)構(gòu)的光譜橢 偏儀上進(jìn)行光強調(diào)節(jié)的實例。
該光譜橢偏儀的基本結(jié)構(gòu)與附圖l中的類似，差別在于，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)采樣的器 件不是線性檢偏器31，而是線性起偏器14。入射旋轉(zhuǎn)臂1上依次安裝了單色光 發(fā)生器10、準(zhǔn)直透鏡11、固定于起偏器旋轉(zhuǎn)臺15內(nèi)的線性起偏器14,探測光 經(jīng)樣品20反射后進(jìn)入反射旋轉(zhuǎn)臂3，反射旋轉(zhuǎn)臂3上依次安裝了線性檢偏器31 和光電探測器34。為了控制線性起偏器12繞入射光軸旋轉(zhuǎn)，起偏器旋轉(zhuǎn)臺13 中的電機與控制箱41電連接，接收其驅(qū)動。電子計算機42與控制箱41電連接， 向其發(fā)出運動指令，并接收來自控制箱41的反饋信息。另一方面，光電探測器 34接收到的信號通過數(shù)據(jù)采集器43的轉(zhuǎn)換傳入電子計算機42。
測量時，首先設(shè)置線性檢偏器31的方位角、線性起偏器14的運動步距以及 采樣的點數(shù)。由電子計算機42向控制箱41發(fā)出運動指令，在控制箱41的驅(qū)動 下，起偏器旋轉(zhuǎn)臺15運動一個步距，然后由光電探測器34進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集， 并通過數(shù)據(jù)采集器43變換成電子計算機42能夠接收的數(shù)據(jù)格式進(jìn)入電子計算機 42進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲及處理，然后進(jìn)行下一個循環(huán)，直至完成所有的采樣點。在每 個采樣點，依次得到一系列的數(shù)據(jù)I1,12，…，其中最大值記為Iraax。如果Imax 處于光電探測器34的響應(yīng)范圍內(nèi)，那么可以利用傅里葉分析的方法得到樣品的 橢偏參數(shù)值vj/和A。但是如果Imax超出光電探測器34的響應(yīng)范圍時，這組數(shù)據(jù) 中的無效數(shù)據(jù)就不能作為計算的數(shù)據(jù)源，在這種情況下，就需要對進(jìn)入線性起偏 器14的光強進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本實用新型提出的方法和裝置，在準(zhǔn)直透鏡11和線性起偏器14之間共 軸安裝一個線性偏振器12，該線性偏振器12固定于中空的偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中， 可以圍繞入射光軸進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。偏振器旋轉(zhuǎn)臺13為電機驅(qū)動的精密蝸輪一 蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺，偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中的電機與控制箱41電連接，接收由電子 計算機42發(fā)出的指令由控制箱41發(fā)出的電力驅(qū)動。偏振器旋轉(zhuǎn)臺13的位置信 號也通過控制箱41反饋給電子計算機42。
在測量時，線性偏振器線性偏振器12在和旋轉(zhuǎn)的線性起偏器14同步旋轉(zhuǎn)，
二者的方位角之差在采樣時始終保持為e 。這種經(jīng)過改進(jìn)后的系統(tǒng)在測量時，
通過對系列數(shù)據(jù)II, 12，…與光電探測器34的響應(yīng)范圍的比較，由電子計算機42 分析出是否需要光強調(diào)節(jié)。比如Imax是否超出響應(yīng)范圍，過高或過低，或者雖 然Imax處于響應(yīng)范圍內(nèi)，但遠(yuǎn)小于響應(yīng)范圍的上限，從而導(dǎo)致信噪比低。在這 些情況下，由電子計算機42分析出線性偏振器12在和線性起偏器14之間方位 角之差9調(diào)節(jié)到何種程度，然后發(fā)出指令給控制箱41,由控制箱41驅(qū)動偏振 器旋轉(zhuǎn)臺13帶動線性偏振器12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。線性起振器14的方位角與線性偏振 器12方位角之差為0 ，因此，進(jìn)入線性起偏器14的光強變?yōu)?br> 其中K (0< 0 < 1)為透過率，1。為入射到線性偏振器12上的光強值。由此可 見，1的值可以在0 n。之間進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。實際上由于器件的缺陷，當(dāng)0=90 °時，I并不能達(dá)到零，比如，對于Glan-Taylor偏振器，通?？蛇_(dá)到10—5KI0, 在這種情況下，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到105倍。
在調(diào)節(jié)完后，利用光譜橢偏儀再次進(jìn)行測量，評價獲取的一系列數(shù)據(jù)是否滿 足要求，如果滿足，就可利用傅里葉分析方法得到橢偏參數(shù)M/和A。如果還不滿 足，可以繼續(xù)調(diào)節(jié)e 。 實施例3
本實用新型的另外一個較佳的實例如附圖3所示，這是利用本實用新型在一 個起偏器一旋轉(zhuǎn)補償器一樣品一檢偏器結(jié)構(gòu)的光譜橢偏成像儀上進(jìn)行光強調(diào)節(jié) 的實例。
該橢偏儀基本結(jié)構(gòu)為入射旋轉(zhuǎn)臂1上依次安裝了單色光發(fā)生器10、準(zhǔn)直 透鏡11、線性起偏器14和固定于補償器旋轉(zhuǎn)臺17中的相位補償器16，探測光 束經(jīng)樣品20反射后進(jìn)入反射旋轉(zhuǎn)臂3,反射旋轉(zhuǎn)臂3上依次安裝了線性檢偏器 31、成像透鏡33和可用于面陣成像的光電探測器34，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。為 了控制相位補償器16繞入射光軸旋轉(zhuǎn)，補償器旋轉(zhuǎn)臺17中的電機與控制箱41 電連接，接收其驅(qū)動。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所成的實像重合。檢偏器旋轉(zhuǎn)臺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32、出射旋轉(zhuǎn)臂3均為由步進(jìn)電機帶動的常 規(guī)蝸輪一蝸桿結(jié)構(gòu)的傳動裝置，其上的步進(jìn)電機與驅(qū)動控制箱41中的電機驅(qū)動 器電連接。計算機42發(fā)出指令給驅(qū)動控制箱41中的步進(jìn)電機控制卡，然后步進(jìn) 電機控制卡將此信號傳遞給電機驅(qū)動器后帶動驅(qū)動器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而改變檢偏器 31或出射光軸相對于樣品的角度。通過位置反饋器，可以將器件的運動狀態(tài)反
饋回驅(qū)動控制箱41中的電機控制卡中，并通過驅(qū)動控制箱41與電子計算機42 之間的通訊告知電子計算機42當(dāng)前運動器件的運動狀態(tài)。
測量時，首先設(shè)置線性起偏器14的方位角、線性檢偏器31的方位角、以及 補償器旋轉(zhuǎn)臺17的運動步距、以及采樣的點數(shù)。由電子計算機42向控制箱41 發(fā)出運動指令，在控制箱41的驅(qū)動下，補償器旋轉(zhuǎn)臺17運動一個步距，然后由 光電探測器34進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)采集器43變換成電子計算機42能夠 接收的圖像數(shù)據(jù)格式進(jìn)入電子計算機42進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲及處理，然后在進(jìn)行下一 個循環(huán)，直至完成所有的采樣點。在每個采樣點，對于所測量的樣品區(qū)域上，依 次得到一系列的數(shù)據(jù)II, 12，，其中最大值記為Imax。如果Imax處于光電探測 器34的響應(yīng)范圍內(nèi)，那么可以利用傅里葉分析的方法得到樣品的橢偏參數(shù)值v(/ 和A。但是如果Imax超出光電探測器34的響應(yīng)范圍時，這組數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù) 就不能作為計算的數(shù)據(jù)源，因此在這種情況下，就需要對進(jìn)入線性起偏器14的 光強進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本實用新型提出的裝置，在準(zhǔn)直透鏡11和線性起偏器14之間共軸安裝 一個線性偏振器12，該線性偏振器12固定于中空的偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中，可以 圍繞入射光軸進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。偏振器旋轉(zhuǎn)臺13為電機驅(qū)動的精密蝸輪一蝸桿 結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺，偏振器旋轉(zhuǎn)臺13中的電機與控制箱41電連接，接收由電子計算 機42發(fā)出的指令由控制箱41發(fā)出的電力驅(qū)動。偏振器旋轉(zhuǎn)臺13的位置信號也 通過控制箱41反饋給電子計算機42。
設(shè)線性偏振器12和線性起偏器14方位角之間的夾角為e 。這種經(jīng)過改進(jìn) 后的系統(tǒng)在測量時，通過對系列數(shù)據(jù)II, 12,…與光電探測器34的響應(yīng)范圍的比 較，由電子計算機42分析出是否需要光強調(diào)節(jié)。比如Imax是否超出響應(yīng)范圍， 過高或過低，或者雖然Imax處于響應(yīng)范圍內(nèi)，但遠(yuǎn)小于響應(yīng)范圍的上限，從而 導(dǎo)致信噪比低。在這些情況下，由電子計算機42分析出應(yīng)該把e調(diào)節(jié)到何種程 度，然后發(fā)出指令給控制箱41,由控制箱41驅(qū)動偏振器旋轉(zhuǎn)臺13帶動線性偏 振器12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于線性起振器14的方位角不變化，因此通過線性偏振器 12方位角的變化，使得9角獲得改變，因此，進(jìn)入線性起偏器的光強變?yōu)?br> / = X/0 cos2 e
其中K (0< 9 < 1)為透過率，1。為入射到線性偏振器12上的光強值。由此可 見，I的值可以在0 KI。之間進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。實際上由于器件的缺陷，當(dāng)9=90 。時，I并不能達(dá)到零，比如，對于Glan-Taylor偏振器，通常可達(dá)到10—5KI0， 在這種情況下，調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到105倍。在調(diào)節(jié)完后，利用光譜橢偏成像儀再次 進(jìn)行測量，評價獲取的一系列數(shù)據(jù)是否滿足要求，如果滿足，就可利用傅里葉分 析方法得到橢偏參數(shù)M/和A。如果還不滿足，可以繼續(xù)調(diào)節(jié)e 。
權(quán)利要求1.一種用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，包括一入射旋轉(zhuǎn)臂(1)，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)肷涔廨S與樣品(20)之間的夾角；一樣品旋轉(zhuǎn)臺(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(2)安置在其上并通過樣品旋轉(zhuǎn)臺(2)的軸將三者連接，樣品(20)安裝在樣品旋轉(zhuǎn)臺(2)上，樣品垂直于入射面，并且其表面通過中心軸；一用于可進(jìn)行波長掃描的、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、擴束；一用于將探測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)安裝在單色光發(fā)生裝置(10)和準(zhǔn)直透鏡(11)產(chǎn)生的擴展探測光的光路上；一個反射式平面樣品(20)，該樣品(20)為一個平的反射式的平面塊狀或薄膜材料，用于樣品接收來自入射部分產(chǎn)生的準(zhǔn)直、準(zhǔn)單色的偏振光波的照明，并對該光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；一用于對樣品(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；一個圖像傳感器(34)，用于接收樣品經(jīng)成像物鏡所成的實像，并將其轉(zhuǎn)化為電信號；一數(shù)據(jù)采集器(43)，與光電探測器(34)和電子計算機(42)電連接，用于接收光電探測器(34)得到的電信號，將其轉(zhuǎn)換成電子計算機(42)能夠處理的數(shù)字信號；一電子計算機(42)，與數(shù)據(jù)采集器(43)和控制箱(410電連接，用于接收數(shù)據(jù)采集器(43)的信號，對其進(jìn)行處理分析，根據(jù)分析的結(jié)果對控制箱(41)發(fā)出運動指令，同時接收來自控制箱(41)的運動位置反饋信號；一控制箱(41)，與電子計算機(42)和運動部件電連接，用于接收來自電子計算機(42)發(fā)出的運動指令，接收來自各器件的狀態(tài)反饋，將信號反饋回電子計算機(42)中進(jìn)行處理，以及驅(qū)動運動部件運動；其特征在于，還包括一固定在偏振器旋轉(zhuǎn)臺(13)中的線性偏振器(12)，該線性偏振器(12)共中心軸地安裝在入射旋轉(zhuǎn)臂(1)光軸上，并置于所述的線性起偏器(14)前，用于把探測光波轉(zhuǎn)換成線性偏振光；偏振器旋轉(zhuǎn)臺(13)上的電機與控制箱(41)電連接并受其驅(qū)動，可帶動線性偏振器(12)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，改變線性偏振器(12)與線性起偏器(14)的方位角的差θ，該方位角的差為O°≤θ≤90°。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于還包括 相位補償器(16)和補償器旋轉(zhuǎn)臺(17)，該相位補償器(16)安裝在所述的補 償器旋轉(zhuǎn)臺(17)上，所述的相位補償器(16)設(shè)置在入射旋轉(zhuǎn)臂(1)上的線 性起偏器(12)光路后，所述的補償器旋轉(zhuǎn)臺(17)中的電機與控制箱(41)電 連接，電子計算機(42)與控制箱(41)電連接，向其發(fā)出運動指令，并接收來 自控制箱(41)的反饋信息。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于還 包括成像物鏡(33)，該成像物鏡(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。
4. 按權(quán)利要求l所述的用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的 線性偏振器(12)為將任意光波變換成線偏振光的偏振器件，包括二向色性線性 偏振器，格蘭一湯姆森偏振器或格蘭一泰勒偏振器。
5. 按權(quán)利要求1所述的用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的 偏振器旋轉(zhuǎn)臺(13 )為由電機帶動的精密傳動裝置，其上的電機與驅(qū)動控制箱(41) 中的電機驅(qū)動器電連接，可帶動線性起偏器(12)圍繞入射旋轉(zhuǎn)臂(1)的光軸 進(jìn)行36(T旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于光度測量中的調(diào)節(jié)裝置，包括在橢偏測量裝置中還設(shè)置一線性偏振器12、用于固定線性偏振器12的中空的偏振器旋轉(zhuǎn)臺13、一數(shù)據(jù)采集器43、一控制箱41以及一電子計算機42；線性偏振器12放置在橢偏測量裝置入射光軸上，處于線性起偏器14前，并與線性起偏器14的方位角有一個差θ(0°≤θ≤90°)。在進(jìn)行光強調(diào)節(jié)時，由電子計算機42發(fā)出指令給控制箱41，控制箱41驅(qū)動偏振器旋轉(zhuǎn)臺13帶動線性偏振器12圍繞入射光軸旋轉(zhuǎn)，從而改變線性偏振器12和線性起偏器14的方位角的夾角θ。在進(jìn)行測量時，始終保持θ不變。本實用新型的調(diào)節(jié)裝置對光強可以進(jìn)行連續(xù)的大范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，且該調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號G01B11/00GK201004124SQ20072010332
公開日2008年1月9日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所