入射角度扫描椭偏成像测量方法和装置

摘要

本发明涉及一种入射角度扫描椭偏成像装置和方法，入射光轴与出射光轴相交于待测样品上一点并形成入射面，待测样品垂直于入射面；入射部分和出射部分中的各光学器件共轴安装在二者确定的光轴上；入射部分发出的扩展的准直、准单色偏振光束，照明到待测样品上，样品对入射光的偏振态进行调制后发出反射的偏振光束，该光束进入出射部分中再次进行偏振态的调制后成像在图像传感器上形成图像的电信号；此电信号进入图像处理及系统控制部分进行图像采集、显示及分析处理，计算机对系统中的各运动部件进行驱动、控制，并接收运动反馈，从而实现对对纳米薄膜表面形貌的多个参数进行定性或定量测量。

主权项

1.一种入射角度扫描椭偏成像测量的装置至少包括：1)一用于产生扩展的、准单色偏振、强度均匀的探测光束的单色光发生装置(10)，该光束照明待测样品；2)一用于将准直的准单色均匀光束变换为线偏振光的起偏器(11)；该起偏器(11)安装在一单色光发生装置(10)产生扩展的探测光的光路上；所述的单色光发生装置(10)包含一个单色激光器(105)，一个用于消除激光光束空间相干性的干涉消除器(106)，以及一个光学准直镜(103)，其中一个用于消除激光光束空间相干性的干涉消除器(106)，以及一个光学准直镜(103)，按顺序共轴安装在单色激光器(105)输出光的光路上；(3)一个反射式平面样品(20)，该样品(20)为一个平的反射式的平面块状或薄膜材料，用于样品接收来自入射部分产生的准直、准单色的偏振光波的照明，并对该光波的偏振态进行调制；(4)一用于对样品(20)的反射光偏振态进行调制的检偏器(31)，并对样品(20)进行成像；(5)一个相位补偿器(13)，用于改变偏振光的偏振态；该相位补偿器(13)安装在相位补偿器旋转台(14)上，该相位补偿器旋转器(14)安装在入射旋转臂(1)上的起偏器(11)与样品(20)之间，或出射旋转臂(3)上的样品(20)与检偏器(31)之间的光路上；(6)一用于对样品进行成像的成像物镜(33)；(7)一个图像传感器(34)，用于接收样品经成像物镜所成的实像，并将其转化为电信号；(8)用于对图像传感器(34)采集的图像进行显示及处理、分析，以及对整个装置的部件进行运动控制的图像处理及系统控制部分；以及，一可围绕垂直于入射面，并且通过入射光轴和出射光轴交点的轴线进行旋转的入射旋转臂(1)；一样品旋转台(2)和出射旋转臂(3)，入射旋转臂(1)的末端与出射旋转臂(3)的前端重叠在一起，样品旋转台(2)安置在其上并通过旋转台的轴将三者连接；样品(20)安装在样品旋转台(2)上，样品垂直于入射面，并且其表面通过中心轴；单色光发生装置(10)、安装在起偏器旋转台(12)上的起偏器(11)依次共轴安装在入射旋转臂(1)上，其光轴为入射光轴；安装在检偏器旋转台(32)上的检偏器(31)、成像物镜(33)依次共轴安装在出射旋转臂(2)上，其光轴为出射光轴，图像传感器(34)也安装在出射旋转臂上，其像敏面与样品(20)经成像物镜(33)的实像重合；其中起偏器旋转台(13)、检偏器旋转台(32)、相位补偿器旋转台(14)均可进行360°旋转；起偏器旋转台(13)、检偏器旋转台(32)、相位补偿器旋转台(14)、入射旋转臂(1)、出射旋转臂(3)、样品旋转台(2)均为由步进电机带动的蜗轮-蜗杆结构的传动装置，其上的步进电机与驱动控制箱(41)中的电机驱动器电连接；计算机(42)发出指令给驱动控制箱(41)中的步进电机控制卡，然后步进电机控制卡将此信号传递给电机驱动器后带动驱动器进行旋转，从而改变起偏器(11)的方位角或检偏器(31)的方位角或相位补偿器(13)的方位角或入射光轴相对于样品的入射角；通过位置反馈器，将器件的运动状态反馈回驱动控制箱(41)中的电机控制卡中，并通过驱动控制箱(41)与电子计算机(42)之间的通信告知电子计算机(42)当前运动器件的运动状态；图像传感器(34)与监视器(44)和图像采集卡(43)电连接。