用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統的製作方法
2023-05-28 05:44:31
專利名稱：用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種顯微觀測系統，特別是用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統。
背景技術：
近些年來，納米技術得到了飛速發展，納米技術的應用正朝深層次、廣領域全面展開，並與材料學、電子學、機械學，化學，生物學等交匯融合。而納米測量技術，作為基礎，已經滲透到了以上各個領域。其中，尤其是納米精度的薄膜檢測，更是在半導體加工，微機械系統加工，納米摩擦學以及分子生物學領域中有著廣泛的應用。目前，主要的用於檢測納米薄膜厚度的方法有AFM，XPS，FTIR以及橢偏儀等。而在納米摩擦學和分子生物學中，比如硬碟工業和DNA分子雜交領域，對於不穩定的薄膜觀測，實時動態測量尤為重要。而以上幾種方法，測量時都需要進行掃描檢測，測量時間長，或無法形成薄膜圖像，因此不利於動態檢測和進行實時的測量。
實用新型內容為解決上述問題，本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，系統結構簡單，對薄膜的動態連續觀測效果好，便於實現連續測定，提高顯微系統的觀測效率。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動平臺、垂直物鏡、自動載物臺、檢偏器、CCD相機和計算機，所述起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設置在平行光源的前方，同時半透半反鏡向平行光源傾斜並且與水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設置在水平設置的精密電動平臺上，所述垂直物鏡以及自動載物臺均水平設置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器和CCD相機均水平設置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機的光軸、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、自動載物臺以及精密電動平臺均連接到計算機。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，有效地改善了傳統薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實現了薄膜的連續動態檢測，提高了檢測的效率和精度，同時具有原理簡單，系統結構簡單問題，便於調校，便於觀測圖像後期處理分析。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統的一種改進，所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括匯聚透鏡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置在1/4波片和半透半反鏡之間並且匯聚透鏡I的光軸與半透半反鏡的水平光軸重合，所述匯聚透鏡II水平設置在CCD相機與檢偏器之間並且匯聚透鏡II的光軸與半透半反鏡的豎直光軸重合，同時匯聚透鏡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。本改進設置的匯聚透鏡I和匯聚透鏡II有利於在生產檢測中保證焦平面的一致性和穩定性，從而提高設備系統的穩定性和檢測的精度和檢測效果。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統的又一種改進，所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括至少一個精密自動轉臺，所述檢偏器或者起偏器設置在精密自動轉臺上。本改進通過設置的精密自動轉臺，有利於在檢測中調整起偏器和檢偏器的方向，從而調整偏振光的偏振方向以及光強，以提高顯微系統的檢測觀察效果，提高觀測效率和觀測精度。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，有效地改善了傳統薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實現了薄膜的連續動態檢測，提高了檢測的效率和精度，同時具有原理簡單，系統結構簡單問題，便於調校，便於觀測圖像後期處理分析，還能調整焦平面以及偏振光的偏振方向和光強從而有效地改善了。
圖1、本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統的結構示意圖。附圖標記列表:1、平行光源；2、起偏器；3、精密自動轉臺；4、1/4波片；5、精密電動轉臺；6、半透半反鏡的下焦平面；7、垂直物鏡；8、樣品薄膜；9、自動載物臺；10、檢偏器；12、CCD相機；13、計算機；14、匯聚透 鏡I ;15、匯聚透鏡II。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
，進一步闡明本實用新型，應理解下述具體實施方式
僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語「前」、「後」、「左」、「右」、「上」和「下」指的是附圖中的方向，詞語「內」和「外」分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。如圖1所示，本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，包括平行光源1、起偏器2、1/4波片4、半透半反鏡、精密電動平臺5、垂直物鏡7、自動載物臺9、檢偏器10、C⑶相機12和計算機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置在平行光源I的前方，同時半透半反鏡向平行光源I傾斜並且與水平方向成45度，所述起偏器2、1/4波片4以及平行光源I均豎直設置在水平設置的精密電動平臺5上，所述垂直物鏡7以及自動載物臺9均水平設置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器10和CCD相機12均水平設置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機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12、自動載物臺9以及精密電動平臺5均連接到計算機13。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，有效地改善了傳統薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實現了薄膜的連續動態檢測，提高了檢測的效率和精度，同時具有原理簡單，系統結構簡單問題，便於調校，便於觀測圖像後期處理分析。作為一種優選，所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括匯聚透鏡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的出射方向設置在1/4波片4和半透半反鏡之間並且匯聚透鏡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水平設置在CXD相機12與檢偏器10之間並且匯聚透鏡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。通過設置的匯聚透鏡I和匯聚透鏡II有利於在生產檢測中保證焦平面的一致性和穩定性，從而提高設備系統的穩定性和檢測的精度和檢測效果。作為一種優選，所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括至少一個精密自動轉臺3，所述檢偏器10或者起偏器2設置在精密自動轉臺3上。通過設置的精密自動轉臺，有利於在檢測中調整起偏器和檢偏器的方向，從而調整偏振光的偏振方向以及光強，以提高顯微系統的檢測觀察效果，提高觀測效率和觀測精度。
實施例本實用新型包括平行光源1，起偏器2，精密自動轉臺3，1/4波片4，精密電動轉臺5，垂直物鏡7，樣品薄膜8，自動載物臺9，檢偏器10，CXD相機12和計算機13。平行光源I放置在匯聚透鏡I 14的後焦平面上，平行光束經過匯聚透鏡I 14聚焦和半透半反鏡調整後匯聚於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的後焦平面重合。會聚光線經過垂直物鏡7形成平行光，且通過精密電動平臺5調整平行光源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(一般設置為50-70° )，實現對樣品薄膜的平行光傾斜照明。由於不同薄膜厚度對偏振光線P分量和s分量的反射率不同，因此經過樣品薄膜8反射的光線包含了不同的偏振光信息，經過檢偏器10，通過與起偏器2、檢偏器10相連接的自動轉臺3 1，自動調整起偏器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將偏振光信息轉化為光強度的變化，由高感光的CCD相機12接收，從而獲得薄膜厚度信息。其中，I為CCD相機12接收的光強，10為入射光強，P，A分別為起偏器2和檢偏器10的角度，Δ為與薄膜厚度相關的P光與S光的相移,Rs和r分別為反射s光的復振幅和反射s光與P光的振幅比。以圖1所示實施例說明測量操作過程。1.放置樣品薄膜8與自動載物臺9，同時在計算機上設定樣品的折射率等信息；2.調整自動載物臺9高度，自動對焦；3.根據樣品薄膜8折射率信息，計算最佳入射角度，控制精密電動平臺5，調整入射角度為最佳入射角度；4.控制自動轉臺3，調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，控制精密自動轉臺3，改變起偏器2角度，計算薄膜厚度，同時獲取圖像信息；6.圖像處理和存儲。本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，有效地改善了傳統薄膜厚度檢測方法所面臨的掃描問題，實現了薄膜的連續動態檢測，提高了檢測的效率和精度，同時具有原理簡單，系統結構簡單問題，便於調校，便於觀測圖像後期處理分析，還能調整焦平面以及偏振光的偏振方向和光強從而有效地改善了。本實用新型方案所公開的技術手段不僅限於上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。以上所述是本實用新型的具體實施方式
，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進 和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，其特徵在於:包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動平臺、垂直物鏡、自動載物臺、檢偏器、CCD相機和計算機，所述起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設置在平行光源的前方，同時半透半反鏡向平行光源傾斜並且與水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設置在水平設置的精密電動平臺上，所述垂直物鏡以及自動載物臺均水平設置在半透半反鏡的正下方，所述檢偏器和CCD相機均水平設置在半透半反鏡的正上方，所述CCD相機的光軸、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、自動載物臺以及精密電動平臺均連接到計算機。
2.根據權利要求1所述的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，其特徵在於:所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括匯聚透鏡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置在1/4波片和半透半反鏡之間並且匯聚透鏡I的光軸與半透半反鏡的水平光軸重合，所述匯聚透鏡II水平設置在CCD相機與檢偏器之間並且匯聚透鏡II的光軸與半透半反鏡的豎直光軸重合，同時匯聚透鏡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.根據權利要求1或2所述的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，其特徵在於:所述用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統還包括至少一個精密自動轉臺，所述檢偏器或者起偏器設置 在精密自動轉臺上。
專利摘要本實用新型公開的用於納米厚度薄膜動態觀測的偏振光顯微系統，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反鏡、精密電動平臺、垂直物鏡、自動載物臺、檢偏器、CCD相機和計算機，起偏器、1/4波片以及半透半反鏡沿出射方向順次設置在平行光源的前方，同時半透半反鏡向平行光源傾斜並且與水平方向成45度，起偏器、1/4波片以及平行光源均豎直設置在水平設置的精密電動平臺上，垂直物鏡以及自動載物臺均水平設置在半透半反鏡的正下方，檢偏器和CCD相機均水平設置在半透半反鏡的正上方，CCD相機的光軸、半透半反鏡的豎直光軸、垂直物鏡的光軸重合。本實用新型系統結構簡單，無需掃描,動態測量效果好,便於後期處理。
文檔編號G01B11/06GK203116699SQ20132006631
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者劉卿卿 申請人:南京信息工程大學