[发明专利]用于纳米级金属薄膜厚度测量的差动式SPR相位检测装置

说明书

本发明公开了一种用于纳米级金属薄膜厚度测量的差分式SPR相位检测装置，包括依次位于同一光轴上的激光光源、偏振片、分光棱镜、反射镜、干涉结构和成像结构，反射镜和干涉结构之间设置斜面镀有金属薄膜传感棱镜；入射光经光路I和光路II反射入干涉结构。金属薄膜沿所述传感棱镜斜面长度方向形成带状成膜区域，且与无金属模区域的斜面形成膜厚台阶，膜厚台阶上的两光束从对称方向或同向同时入射。本发明的有益效果是：消除共模干扰，改善整个系统的非线性，从而提高了薄膜厚度的测量精度和灵敏度，并能够实时监测薄膜的厚度；非接触式测量，不会划伤测量样品；整体测量结构简单、操作简便，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种膜厚检测领域，特别涉及用于纳米级金属薄膜厚度测量的差动式SPR相位检测装置。

背景技术

金属薄膜材料由于其卓越的电学性能、光学性能和力学性能成为微电子器件的基础材料。然而，金属薄膜的性质很大程度上取决于其厚度，因为薄膜的各种参数几乎都与厚度有关。目前，国内外用于金属薄膜厚度测量的装置有机械式探针法、扫描探针显微镜、椭偏法、表面等离子共振法等。机械式探针法为接触式测量，容易划伤样品，对薄膜造成损害；扫描探针显微镜和椭偏仪为非接触测量，且测量精度较高和灵敏度都较高，但仪器造价昂贵，不利于大范围推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量精度高、灵敏度高、实时无损测量、结构简单的纳米级金属薄膜厚度测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于纳米级金属薄膜厚度测量的差分式SPR相位检测装置，包括：设置在工作台上的激光光源、偏振片、分光棱镜、反射镜、干涉结构和成像结构，其中激光光源、偏振片、分光棱镜和反射镜依次位于同一光轴上，所述反射镜和干涉结构之间设置有激发SPR效应的传感棱镜，所述传感棱镜的斜面镀有金属薄膜；入射光经反射镜、传感棱镜在所述金属薄膜激发SPR效应后形成光路I反射入所述干涉结构；入射光经分光棱镜、光反射机构、传感棱镜在所述金属薄膜激发SPR效应后再返回光反射机构形成光路II反射入所述干涉结构。

所述反射镜与光轴呈45度夹角。

所述光反射机构包括设置在垂直于所述分光棱镜下方且位于所述传感棱镜和干涉结构之间的等边三角形或八字形棱镜、回路反射镜。

所述干涉结构包括反射镜、反射镜、偏振分光棱镜和偏振分光棱镜，偏振分光棱镜到反射镜和反射镜的距离相等，偏振分光棱镜到反射镜和反射镜的距离相等。

所述的金属薄膜沿所述传感棱镜斜面长度方向形成带状成膜区域，且与无金属模区域的斜面形成膜厚台阶。

所述膜厚台阶上的两光束从对称方向或同向同时入射。

所述薄膜厚度的测量精度小于1nm。

所述传感棱镜的下方设置有位移台，所述位移台包括有组合搭建的X平移台、Y平移台、Z平移台、转台、控制器和控制手柄。

所述的成像结构包括有偏振片、凸透镜和相机。

所述的金属薄膜需在所述传感棱镜斜面上形成水平方向的台阶。

所述的传感棱镜为等边直角棱镜，材质为BK7玻璃。

所述的光路Ⅰ和光路Ⅱ的光点照射在传感棱镜的镀膜区与非镀膜区的过渡区域。

所述He-Ne激光光源的输出波长为632.8nm。

所述的金属薄膜为金、银、铜、铝、铂、钛、镍、铬。