[发明专利]一种用于椭偏仪精确定位测量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于椭偏仪精确定位测量的装置及方法。该装置包括定位片、样品台、自动二维移动平台、光强探测器、微型真空泵、显微镜成像系统、照明光源和计算机。利用定位片上的定位孔可清晰界定光斑轮廓，定位孔正下方的光强探测器嵌于样品台中央，随自动二维移动平台沿X轴和Y轴按一定步长精确移动，在使用显微成像系统观察、初步确定定位孔位置的基础上，利用光强探测器获得的光强值精确调整定位孔位置，使光斑和定位孔完全重合，再将显微成像系统的捕捉框移动到定位孔上，捕捉框就代表了光斑的精确位置，使捕捉框位于样品待测结构中，即可开始椭偏测量。本发明实现了针对具体结构的精密定位测量，操作方便，工作效率高。

技术领域

本发明涉及椭偏仪测试技术领域，尤其涉及一种用于椭偏仪精确定位测量的装置及方法。

背景技术

椭偏仪通过测量反射光p分量(振动方向在入射平面内)和s分量(振动方向垂直于入射平面)的振幅比和相位差，来获得膜层材料的相关性质，具体可测的参数包括膜层厚度、折射率、消光系数、介电常数、孔隙率和结晶度等。由于椭偏测量属非接触式测量，对样品无损伤，测量精度高以及可测多层薄膜等优势，被广泛应用于微纳结构器件制造、工艺在线控制、材料研究、生物医学检测等领域。

实际测量中的样品具有复杂多样性，并不只是单一的均匀膜层，而是各种结构的综合体，需测量只存在于某些特定结构中材料的性质。椭偏仪用来探测样品性质的“探针”是入射的偏振光束，其落在样品表面形成光斑，偏振光束在材料内部产生光学反应，出射的光信号进入探测系统进行分析运算，因此需要入射光斑位于这些特定结构中。尤其对于特征尺寸只有几十到几百微米的结构，微小的入射光束偏差也会引起很大的测量误差，甚至是分析结果的失效，因此需精确定位光斑位置。

现有的椭偏仪光斑定位主要依靠样品台上方的显微镜成像系统，定位时使用单面抛光的样品，首先执行样品装载程序，将其抛光面向上置于样品台上，光路对准，仪器自动调整入射端和探测端的位置，此时样品表面光斑无法依靠显微镜成像系统或肉眼观察到，然后翻转样品使其粗糙面向上，此时可观察到光斑，调整显微镜成像系统，使显微镜成像系统观测界面中的捕捉框位于光斑上，即捕捉框的位置替代了光斑的位置，之后测量某一待测结构时，使捕捉框落在这一结构中便可开始椭偏测量。但是这种定位方式存在以下问题：1.显微镜物镜和样品表面之间必须有较长的工作距离，以免影响测量时的偏振光路，这就导致在显微镜成像系统观测界面中无法清晰分辨光斑的轮廓，使捕捉框定位出现偏差，而光信号损耗或落在待测结构外的光信号经折射、反射等作用后被采集，均会造成测量误差甚至分析结果失效；2.要使捕捉框和光斑相对重合，需反复多次进行“样品装载—样品翻转—调整显微镜成像系统—样品再翻转”这一全手动操作过程，精度低，程序繁复，效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于椭偏仪精确定位测量的装置及方法，实现椭偏测量时对样品待测结构的精确定位，并提高工作效率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于椭偏仪精确定位测量的装置，包括椭偏仪支承架、自动二维移动平台、样品台、定位片、显微镜成像系统、微型真空泵、计算机和光强探测器；自动二维移动平台位于椭偏仪支承架的底面上，样品台通过钢球支点、拉簧A、拉簧B、X轴调节旋钮、Y轴调节旋钮与自动二维移动平台相连；光强探测器嵌于样品台的正中央，光强探测器的上表面与样品台的上表面平齐，样品台的上表面、光强探测器的周围分布有真空吸附槽，真空吸附槽内设有吸附孔，吸附孔与气体导管的一端相连，气体导管固定于安装孔中，气体导管的另一端穿出走线孔与微型真空泵相连，气体导管上安装有管路阀门；样品台上开设有X轴方槽、Y轴方槽，X轴调节旋钮、Y轴调节旋钮分别安装在X轴方槽、Y轴方槽上，X轴方槽大于Y轴方槽，X轴调节旋钮和Y轴调节旋钮的长度值小于样品台的高度值；显微镜成像系统安装在椭偏仪支承架的上部，显微镜成像系统的端部安装有照明光源；计算机分别与自动二维移动平台、光强探测器电信号连接，光强探测器的导线通过走线孔走线；定位片置于样品台上，定位片的一面为镜面，另一面为漫反射面，定位片上开设有若干个定位孔。

优选的，定位片为无机非金属材料。