專利名稱：用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種顯微觀測系統(tǒng)，特別是用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年來，納米技術(shù)得到了飛速發(fā)展，納米技術(shù)的應(yīng)用正朝深層次、廣領(lǐng)域全面展開，并與材料學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械學(xué)，化學(xué)，生物學(xué)等交匯融合。而納米測量技術(shù)，作為基礎(chǔ)，已經(jīng)滲透到了以上各個(gè)領(lǐng)域。其中，尤其是納米精度的薄膜檢測，更是在半導(dǎo)體加工，微機(jī)械系統(tǒng)加工，納米摩擦學(xué)以及分子生物學(xué)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。目前，主要的用于檢測納米薄膜厚度的方法有AFM，XPS，F(xiàn)TIR以及橢偏儀等。而在納米摩擦學(xué)和分子生物學(xué)中，比如硬盤工業(yè)和DNA分子雜交領(lǐng)域，對(duì)于不穩(wěn)定的薄膜觀測，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量尤為重要。而以上幾種方法，測量時(shí)都需要進(jìn)行掃描檢測，測量時(shí)間長，或無法形成薄膜圖像，因此不利于動(dòng)態(tài)檢測和進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量。
實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)薄膜的動(dòng)態(tài)連續(xù)觀測效果好，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)測定，提高顯微系統(tǒng)的觀測效率。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動(dòng)平臺(tái)、垂直物鏡、自動(dòng)載物臺(tái)、檢偏器、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)，所述起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設(shè)置在平行光源的前方，同時(shí)半透半反鏡向平行光源傾斜并且與水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設(shè)置在水平設(shè)置的精密電動(dòng)平臺(tái)上，所述垂直物鏡以及自動(dòng)載物臺(tái)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器和CCD相機(jī)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機(jī)的光軸、半透半反鏡的豎直光軸、垂直物鏡的光軸重合，所述平行光源、起偏器以及1/4波片的光軸偏離與半透半反鏡的光軸重合的主光軸，所述CCD相機(jī)、自動(dòng)載物臺(tái)以及精密電動(dòng)平臺(tái)均連接到計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實(shí)現(xiàn)了薄膜的連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測，提高了檢測的效率和精度，同時(shí)具有原理簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單問題，便于調(diào)校，便于觀測圖像后期處理分析。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)的一種改進(jìn)，所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括匯聚透鏡I和匯聚透鏡II，所述匯聚透鏡I和匯聚透鏡II為凸透鏡，所述匯聚透鏡I沿平行光源的出射方向設(shè)置在1/4波片和半透半反鏡之間并且匯聚透鏡I的光軸與半透半反鏡的水平光軸重合，所述匯聚透鏡II水平設(shè)置在CCD相機(jī)與檢偏器之間并且匯聚透鏡II的光軸與半透半反鏡的豎直光軸重合，同時(shí)匯聚透鏡II的前焦平面和半透半反鏡的下焦平面重合在半透半反鏡之間同一水平面上。本改進(jìn)設(shè)置的匯聚透鏡I和匯聚透鏡II有利于在生產(chǎn)檢測中保證焦平面的一致性和穩(wěn)定性，從而提高設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性和檢測的精度和檢測效果。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)的又一種改進(jìn)，所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括至少一個(gè)精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，所述檢偏器或者起偏器設(shè)置在精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上。本改進(jìn)通過設(shè)置的精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，有利于在檢測中調(diào)整起偏器和檢偏器的方向，從而調(diào)整偏振光的偏振方向以及光強(qiáng)，以提高顯微系統(tǒng)的檢測觀察效果，提高觀測效率和觀測精度。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實(shí)現(xiàn)了薄膜的連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測，提高了檢測的效率和精度，同時(shí)具有原理簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單問題，便于調(diào)校，便于觀測圖像后期處理分析，還能調(diào)整焦平面以及偏振光的偏振方向和光強(qiáng)從而有效地改善了。

圖1、本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記列表:1、平行光源；2、起偏器；3、精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)；4、1/4波片；5、精密電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)；6、半透半反鏡的下焦平面；7、垂直物鏡；8、樣品薄膜；9、自動(dòng)載物臺(tái)；10、檢偏器；12、CCD相機(jī)；13、計(jì)算機(jī)；14、匯聚透 鏡I ;15、匯聚透鏡II。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。如圖1所示，本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，包括平行光源1、起偏器2、1/4波片4、半透半反鏡、精密電動(dòng)平臺(tái)5、垂直物鏡7、自動(dòng)載物臺(tái)9、檢偏器10、C⑶相機(jī)12和計(jì)算機(jī)13，所述起偏器2、1/4波片4以及半透半反鏡沿出射方向順次設(shè)置在平行光源I的前方，同時(shí)半透半反鏡向平行光源I傾斜并且與水平方向成45度，所述起偏器2、1/4波片4以及平行光源I均豎直設(shè)置在水平設(shè)置的精密電動(dòng)平臺(tái)5上，所述垂直物鏡7以及自動(dòng)載物臺(tái)9均水平設(shè)置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器10和CCD相機(jī)12均水平設(shè)置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機(jī)12的光軸、半透半反鏡的豎直光軸、垂直物鏡7的光軸重合，所述平行光源1、起偏器2以及1/4波片4的光軸偏離與半透半反鏡的光軸重合的主光軸，所述C⑶相機(jī)12、自動(dòng)載物臺(tái)9以及精密電動(dòng)平臺(tái)5均連接到計(jì)算機(jī)13。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實(shí)現(xiàn)了薄膜的連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測，提高了檢測的效率和精度，同時(shí)具有原理簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單問題，便于調(diào)校，便于觀測圖像后期處理分析。作為一種優(yōu)選，所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括匯聚透鏡I 14和匯聚透鏡II 15，所述匯聚透鏡I 14和匯聚透鏡II 15為凸透鏡，所述匯聚透鏡I 14沿平行光源I的出射方向設(shè)置在1/4波片4和半透半反鏡之間并且匯聚透鏡I I的光軸與半透半反鏡的水平光軸重合，所述匯聚透鏡II 15水平設(shè)置在CXD相機(jī)12與檢偏器10之間并且匯聚透鏡II 15的光軸與半透半反鏡的豎直光軸重合，同時(shí)匯聚透鏡II 15的前焦平面和半透半反鏡的下焦平面6重合在半透半反鏡之間同一水平面上。通過設(shè)置的匯聚透鏡I和匯聚透鏡II有利于在生產(chǎn)檢測中保證焦平面的一致性和穩(wěn)定性，從而提高設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性和檢測的精度和檢測效果。作為一種優(yōu)選，所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括至少一個(gè)精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3，所述檢偏器10或者起偏器2設(shè)置在精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3上。通過設(shè)置的精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，有利于在檢測中調(diào)整起偏器和檢偏器的方向，從而調(diào)整偏振光的偏振方向以及光強(qiáng)，以提高顯微系統(tǒng)的檢測觀察效果，提高觀測效率和觀測精度。
實(shí)施例本實(shí)用新型包括平行光源1，起偏器2，精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3，1/4波片4，精密電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)5，垂直物鏡7，樣品薄膜8，自動(dòng)載物臺(tái)9，檢偏器10，CXD相機(jī)12和計(jì)算機(jī)13。平行光源I放置在匯聚透鏡I 14的后焦平面上，平行光束經(jīng)過匯聚透鏡I 14聚焦和半透半反鏡調(diào)整后匯聚于半透半反鏡的下焦平面6上。上述平行光源I和匯聚透鏡I 14 二者之間加入起偏器2和1/4波片4，將自然光轉(zhuǎn)化為測量必須的橢圓偏振光。
匯聚透鏡II 15的前焦平面與垂直物鏡7的后焦平面重合。會(huì)聚光線經(jīng)過垂直物鏡7形成平行光，且通過精密電動(dòng)平臺(tái)5調(diào)整平行光源I的位置，使其偏離主光軸，因此入射至樣品薄膜8表面的平行光具有一定的入射角(一般設(shè)置為50-70° )，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品薄膜的平行光傾斜照明。由于不同薄膜厚度對(duì)偏振光線P分量和s分量的反射率不同，因此經(jīng)過樣品薄膜8反射的光線包含了不同的偏振光信息，經(jīng)過檢偏器10，通過與起偏器2、檢偏器10相連接的自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3 1，自動(dòng)調(diào)整起偏器2和檢偏10器至合適的角度，利用公式 及2 j
I = 。X \r2 cos2 A + 2r sin Acos Asin( 2P + Δ) + sin 2 Aj將偏振光信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)度的變化，由高感光的CCD相機(jī)12接收，從而獲得薄膜厚度信息。其中，I為CCD相機(jī)12接收的光強(qiáng)，10為入射光強(qiáng)，P，A分別為起偏器2和檢偏器10的角度，Δ為與薄膜厚度相關(guān)的P光與S光的相移,Rs和r分別為反射s光的復(fù)振幅和反射s光與P光的振幅比。以圖1所示實(shí)施例說明測量操作過程。1.放置樣品薄膜8與自動(dòng)載物臺(tái)9，同時(shí)在計(jì)算機(jī)上設(shè)定樣品的折射率等信息；2.調(diào)整自動(dòng)載物臺(tái)9高度，自動(dòng)對(duì)焦；3.根據(jù)樣品薄膜8折射率信息，計(jì)算最佳入射角度，控制精密電動(dòng)平臺(tái)5，調(diào)整入射角度為最佳入射角度；4.控制自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3，調(diào)整起偏器和檢偏器角度，獲得消光條件角度；5.固定檢偏器10，控制精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3，改變起偏器2角度，計(jì)算薄膜厚度，同時(shí)獲取圖像信息；6.圖像處理和存儲(chǔ)。本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實(shí)現(xiàn)了薄膜的連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測，提高了檢測的效率和精度，同時(shí)具有原理簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單問題，便于調(diào)校，便于觀測圖像后期處理分析，還能調(diào)整焦平面以及偏振光的偏振方向和光強(qiáng)從而有效地改善了。本實(shí)用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。以上所述是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn) 和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，其特征在于:包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動(dòng)平臺(tái)、垂直物鏡、自動(dòng)載物臺(tái)、檢偏器、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)，所述起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設(shè)置在平行光源的前方，同時(shí)半透半反鏡向平行光源傾斜并且與水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設(shè)置在水平設(shè)置的精密電動(dòng)平臺(tái)上，所述垂直物鏡以及自動(dòng)載物臺(tái)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器和CCD相機(jī)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機(jī)的光軸、半透半反鏡的豎直光軸、垂直物鏡的光軸重合，所述平行光源、起偏器以及1/4波片的光軸偏離與半透半反鏡的光軸重合的主光軸，所述CCD相機(jī)、自動(dòng)載物臺(tái)以及精密電動(dòng)平臺(tái)均連接到計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，其特征在于:所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括匯聚透鏡I和匯聚透鏡II，所述匯聚透鏡I和匯聚透鏡II為凸透鏡，所述匯聚透鏡I沿平行光源的出射方向設(shè)置在1/4波片和半透半反鏡之間并且匯聚透鏡I的光軸與半透半反鏡的水平光軸重合，所述匯聚透鏡II水平設(shè)置在CCD相機(jī)與檢偏器之間并且匯聚透鏡II的光軸與半透半反鏡的豎直光軸重合，同時(shí)匯聚透鏡II的前焦平面和半透半反鏡的下焦平面重合在半透半反鏡之間同一水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，其特征在于:所述用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)還包括至少一個(gè)精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，所述檢偏器或者起偏器設(shè)置 在精密自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開的用于納米厚度薄膜動(dòng)態(tài)觀測的偏振光顯微系統(tǒng)，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動(dòng)平臺(tái)、垂直物鏡、自動(dòng)載物臺(tái)、檢偏器、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)，起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設(shè)置在平行光源的前方，同時(shí)半透半反鏡向平行光源傾斜并且與水平方向成45度，起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設(shè)置在水平設(shè)置的精密電動(dòng)平臺(tái)上，垂直物鏡以及自動(dòng)載物臺(tái)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正下方，檢偏器和CCD相機(jī)均水平設(shè)置在半透半反鏡的正上方，CCD相機(jī)的光軸、半透半反鏡的豎直光軸、垂直物鏡的光軸重合。本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無需掃描,動(dòng)態(tài)測量效果好,便于后期處理。
文檔編號(hào)G01B11/06GK203116699SQ20132006631
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者劉卿卿 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)