TWI788180B - 探測反射光變化的裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提出了一種探測反射光變化的裝置及方法，利用第一光瞳分割
器將入射光束進行場強分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一場強分佈；準直匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至物體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束；接收具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；利用第二光瞳分割器的位置和形狀對具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得具有第三場強分佈的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四場強分佈，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔徑函數分佈；獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊，從而使得解析之後光強變化和成像位置偏差所形成的信號變化增強，提高探測器信噪比。
Description
本發明屬於聲光量測系統，主要用於檢測金屬膜、介質膜的測量，具體來說，涉及一種探測反射光變化的裝置及方法。
目前現有技術中的聲光量測原理如下：短脈衝鐳射1A照射在膜樣品2A表面，膜樣品2A吸收光子產生熱彈性變形，表面形成形變區；熱彈性變形產生聲波在固體表面及內部傳播；縱向聲波傳播到介面(基底3A或多層薄膜6A的膜與膜的交界)處產生第一次回聲信號4A；第一次回聲信號4A到達上表面，使形變形貌進一步發生變化；回聲信號碰到上表面後又回彈，回彈碰到介面後產生第二次回聲信號5A；第二次回聲信5A號到達上表面，使鼓包形貌再次發生變化，如圖1所示，當然回聲信號也可能包括三次以上。通過光探測器獲取由形貌變化導致的入射光束的反射率變化，從而可獲取兩次反射率變化時間間隔，由此可計算得到膜樣品厚度值。
而在具體的測量裝置設置上，如圖2所示，泵浦鐳射1入射到樣品2的表面產生形變區4，將入射探測光5a打在形變區4上，由於回聲回傳時膜層表面的形變區形貌會發生變化，由於會導致形變區在回聲信號的到達之時所產生的進一步形變會對反射探測光5b產生影響，這種影響配合接收端的光學元件的使用，可能是幅度或者相位等各種影響，一般來說，探測模組6獲取形貌變化導致的光反射幅度的變化，從而可獲取的光信號幅度變化的時間間隔，通過膜厚
計算公式得到膜厚值，如圖2和圖3的示意圖中所示，由此，探測反射探測光5b的變化對提高光聲探測裝置精度的影響尤其重要。
如圖4中所示，為現有技術中的一種分析反射探測光的技術，經過形變區4區域反射的探測光5b會被第一反射鏡6c反射一半尺寸的圓形光斑(反射鏡6c的位置設置尤其重要，其對反射光的反射光斑視場有篩選作用)，這部分會繼續被第二反射鏡6d反射至第二探測器6a中，而未被第一反射鏡6c反射的另一半尺寸的圓形光斑會直接進入到第一探測器6b中。其中第一反射鏡6c是被電機調整到目標位置，在無激發形變時探測器6a與6b接收到的光具有確定的光強比例，如1：1，但是，當形變4區域發生激發形變產生回聲震盪，反射探測光5b會發生時間相關性的微小角度變化，此時由於第一反射鏡6c對光斑視場的分割作用不再是一半一半的關係，由於這種微小的角度變化會導致此時探測器6a和6b的光強讀數會發生變化，通過多次實驗可模擬計算反射探測光5b角度的變化與兩者光強讀數變化的影響，進而可以計算反射探測光5b角度的變化和光強的變化之間的關係，通過測得多次回聲信號時間差便可計算出膜厚值。
但是，在上述的技術方案中，存在如下的問題：第一方面的問題是所應用光學系統的第一反射鏡6c位置調整精度要求極高，並且對其穩定性也要求極高，該光學元件承擔了光束分光作用，對光路準直性和穩定性的要求較高，光路組裝較為困難；第二方面是體現在光路的複雜性上，分別需要組裝第一反射鏡6c和第二反射鏡6d，並且為滿足一定角度內入射的光線都能夠被有效反射折射，兩者之間的平行準直和視場交錯也需要被精確調整個設計，同時在檢測出射光端還需要2個探測器，光學元件的使用增多也會導致成本增加；協力廠商面體現在探測精度上，由於對光路採用了分光，使得透射反射光進一步損
耗，在反射探測光由於形變區造成的入射角度偏差所造成的光斑能量分解的變化率更難被檢測，由此探測信噪比低，約為百萬分之一，並且對探測光束腰發散角要求極高。
為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種探測反射光峰值變化的裝置及方法，在探測光的入射光路和反射光路上設置具有相同孔徑函數的光瞳分割器，對入射光束和反射光束進行擾動分割，從而使得解析之後光強變化和成像位置偏差所形成的信號變化增強，提高探測器信噪比，結構簡單，易於工程實現，減少探測器數量，降低成本。
為解決上述技術問題，本發明首先提出了一種探測反射光變化的裝置，裝置包括：至少一個用於產生入射光束的探測光源；設置於探測光源光路後的至少一個第一光瞳分割器，用於將入射光束進行場強分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一場強分佈；設置於第一光瞳分割器光路後的第一準直光學元件，用於準直匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至待測體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束；設置於反射光路上的第二準直光學元件，用於接收視場範圍內具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；設置於第二準直光學元件光路後的第二光瞳分割器，用於接收具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得具有第三場強分佈的反射光束在第
二光瞳分割器的第一表面形成第四場強分佈，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔徑函數；探測器，用於獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊。
作為本發明的進一步改進，第一準直光學元件與第二準直光學元件組成光路準直系統，第一光瞳分割器設置於光路準直系統的入瞳位置，第二準直光學元件設置於光路準直系統的出瞳位置。
作為本發明的進一步改進，第一光瞳分割器設置有多個第一類型通光結構和多個第二類型通光結構，第一類型通光結構和第二類型通光結構具有光通量的差別，以使得入射光束被第一類型通光結構和第二類型通光結構擾動分割，成為具有第一場強分佈的入射光束。
作為本發明的進一步改進，第二光瞳分割器設置有多個第三類型通光結構和多個第四類型通光結構，第三類型通光結構和第四類型通光結構具有光通量的差別，以使得具有第三場強分佈的反射光束被進一步擾動分割為所述具有第四場強分佈的反射光束。
作為本發明的進一步改進，第一類型通光結構與第三類型通光結構一一對應，互相對應的第一類型通光結構和第三類型通光結構的形狀相同。
作為本發明的進一步改進，通過設置第一準直光學元件的組成結構實現第一準直光學元件的視場調節，使得第一光瞳分割器的像清晰照射於待測體；通過設置第二準直光學元件的組成結構實現第二準直光學元件的視場調節，使得用具有第二場強分佈的反射光束準直後射入第二光瞳分割器。
作為本發明的進一步改進，第一光瞳分割器(7)和所述第二光瞳分割器(8)相對於入射光路和反射光路呈軸對稱。
作為本發明的進一步改進，多個第一類型通光結構對應的通光圖案不同。
為解決上述技術問題，本發明還提出了一種探測反射光變化的方法，該方法包括：利用第一光瞳分割器將入射光束進行場強分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一場強分佈；準直匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至待測體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束；接收具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；利用第二光瞳分割器接收具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得具有第三場強分佈的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四場強分佈，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔徑函數；獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊。
為解決上述技術問題，本發明還提出了一種膜厚測量裝置，包括：猝發單元，在一個時間點從待測膜樣品的上表面向下底面猝發多個激勵源，以使待測膜樣品上表面產生至少一形變區域；提供如上所述的探測反射光束變化的裝置，獲取形變區域對應偏振反射光束信號強度峰值變化資訊；
計算單元，根據峰值對應的時間間隔計算出待測膜樣品的厚度。
相對於背景技術而言，本發明所涉及的技術方案，在技術效果上採用了光瞳分割方案，該方案通過光學系統的分析獲得提高信號變化率檢測的重要方面，入射場強、光瞳分割、光學準直聚焦元件的視場等相關參數，從而設計優化本檢測方案，能夠顯著提高反射光的變化檢測率。
1:泵浦光源
1a:入射泵浦光
1b:反射泵浦光
2:薄膜樣品
3:薄膜樣品表面
3a:上表面
3b:下表面
4:形變區
5a:入射光束
5b:反射光
6:探測模組
7:第一光瞳分割器
8:第二光瞳分割器
9:第一準直光學元件
10:第二準直光學元件
11:探測器
12:探測器
[圖1]為現有技術中的聲光測量系統的整體工作原理圖。
[圖2]為按照現有技術中進行聲光測量技術的回聲測量的探測光路結構示意圖。
[圖3]為按照現有技術中的回聲測量的兩次回聲測量時間差的示意圖；[圖4]為按照現有技術中的聲光測量系統的光學光路結構示意圖。
[圖5]為按照本發明實現的聲光測量裝置的光路結構示意圖；[圖6]為按照本發明實現的其中一種光瞳分割器具體實施方案的示意圖；[圖7]為按照本發明實現的一種光瞳分割器成像資訊示意圖；[圖8]為不產生光瞳分割的光斑與反射角度變化之間對應的示意圖；
應理解，以下為本實施例的不同特徵的許多不同的實施例或例子。以下描述的構件與安排的特定例子，以簡化說明實施例。當然，這些僅僅是例子而不是用以限制具體的實施方式。
按照本發明的其中一種實施方式，本發明首先提出了一種聲光探測中獲得反射光探測變化的裝置，能夠顯著提高探測光角度變化的測量精度，顯著提高測量信噪比。
按照本發明實現的探測反射光角度變化的裝置，如圖5中所示，入射光束5a以一定夾角入射一光瞳分割器7，該夾角為入射光束5a的入射方向與薄膜樣品2表面3垂直方向的夾角，之後被一透鏡組9匯聚準直後斜入射樣品，由於泵浦鐳射1所造成的樣品2表面3中所形成的形變區4上，發生反射後的反射光5b通過另一透鏡組10後經過另一光瞳分割器8之後達到探測器11，從而展開探測光的相關分析獲得樣品2的測量結果。
其中，光瞳分割器7將入射光束5a進行場強分割使得入射光束5a在光瞳分割器7的第一表面形成第一場強分佈，設置於光瞳分割器7光路後的透鏡組9再將具有第一場強分佈的入射光束準直匯聚後，斜入射至物體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束5b；另一透鏡組10接收自身視場範圍內所能接收的準直反射光束5b於另一光瞳分割器8表面，並形成為第三場強分佈，得到第三場強分佈特徵接近第一場強分佈特徵，由於光瞳分割器7和另一光瞳分割器8具有相同的孔徑函數分割，另一光瞳分割器8接受具有第三場強分佈的反射光束後，另一光瞳分割器8的第一表面形成為第四場強分佈並反射至探測器12，探測器12用於探測經過光瞳分割器8後的反射光束，以獲取反射光束的光強。由於泵浦光源(又稱猝發單元)1在樣品2形成回聲，該回聲傳播至形變區4，對具有第二場強分佈的入射光束5a形成幹擾形成反射光束5b，由此經過光瞳分割器7後的反射光束5b也會受回聲
干擾，故探測器10可探測到回聲引起的時間相關性光強變化；解析裝置，再對解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊進行解析，獲得反射光束信號變化。
優選的，第一準直光學元件與第二準直光學元件組成光路準直系統，第一光瞳分割器設置於光路準直系統的入瞳位置，第二準直光學元件設置於光
路準直系統的出瞳位置，由於光瞳分割器7和另一光瞳分割器8具有相同的孔徑函數，得到第三場強分佈特徵接近第一場強分佈特徵，從而可以使得光瞳分割器7的像疊加在光瞳分割器8上或有些微遮擋錯位，而在光聲擾動產生信號的變化之後，這種重合或者輕微的錯位信號會發生變化，通過捕捉時間間隔內的信號變化資訊，可以獲得更加精確的檢測結果。
對於上述的整體實現反射光角度變化測量的光學系統，其中所涉及的光學元器件中泵浦光源1也稱激發光源，除Nd：YAG雷射器之外的光源可用於光學激發薄膜，在具體的實施方式中，雷射器也可以包括Nd：YLF，離子(例如氬和氪)，Ti：藍寶石，二極體，C02，鈥，準分子，染料和金屬蒸氣雷射器等，上述泵浦光源1的作用是在樣品表面產生形變區4，其波長、所產生雷射脈衝能源、週期以及光束腰部的參數，可以根據樣品2的薄膜的特性，以及其特性來進行設計。在其它的一些研究中，通常通過在泵浦光源1之後設置衍射元件，將泵浦光源1進行轉化為帶有衍射圖案的光源入射樣品2的表面，在這種基礎之上，與聚焦的光斑所產生的鼓包不同，會產生有與衍射圖案對應的形變，所形成的聲光效應的變化會更複雜，也會更容易受到幹擾而產生變化。
另外，對於本發明所涉及方案的具體實施方式中，泵浦光源1的類型，和是否與探測入射光的入射角度一致，並不做嚴格的限定，在整個光學檢測系統中，通常也通過同時採集泵浦光的脈衝來作為泵浦光與探測入射光5a泵浦與檢測觸發的參考信號源。
類似地，以上與泵浦光源類似的除了二極體雷射器之外的光源可以選作探測雷射器，可用於產生入射光束的脈衝光源包括Q開關Nd：YAG，Nd：YLF，Ti：藍寶石，二極體，C02，鈥，準分子，染料和金屬蒸氣雷射器等。而
本發明的設計方案中所涉及的入射探測光5a對波長範圍也具有較強的適應性，並不做嚴格的限定，但是對入射探測光5a的準直性建議要求較高，使之與光學系統中的其它光學元件的視場權衡配合設計。
作為本發明的重要改進之一，為在探測光路中使用了光瞳分割器7和光瞳分割器8，其中，上述光瞳分割方案中，首先需要採用光瞳分割器7為相對於入射光5a具有至少兩個通光部、限制光束通量的光學元件，其通光部可以為一維結構(x橫向分割或y縱向分割或斜向分割入射光5a)，或二維結構(任何形狀的網格式分割或任何圖案式分割入射光5a形成)，又可為均勻分割或非均勻分割，都具有同原理提高信噪比作用。其中光瞳分割器7優選為在相對於入射光5a光斑方向上具有盡可能多的光束分割結構為佳。進一步地，光瞳分割器8為相對於反射光5b具有至少兩個通光部、限制光束通量的光學元件，其通光部可以為一維結構(x橫向分割或y縱向分割或斜向分割反射光5b)，或二維結構(任何形狀的網格式分割或任何圖案式分割反射光5b)，又可為均勻分割或非均勻分割，都具有同原理提高信噪比作用，其中光瞳分割器8優選為在相對於反射光5b光斑方向上具有盡可能多的分割結構為佳。
如圖6中所示，為按照本發明的其中一種光瞳分割器的實施方式，為具有通光部和遮蔽光束部為條狀的結構，整體的光瞳分割器7為直徑為D的圓盤狀結構，其中通光部為條狀通孔，遮蔽光束部為不透光的材料，本實施例中通光部和遮蔽光束部交替的週期條狀結構為通光寬度為a，遮蔽光束部的寬度為b，整個週期結構為寬度為d(d=a+b)，入射探測光5a經過該光瞳分割器7之後，經過透鏡組9之後光瞳分割器7成像匯聚於形變區4上，被薄膜結構光反射後最終被探測器接收，反射光5b會受到形變區4的聲擾動而發生變化，這種變化第
一方面會體現在光瞳分割器7的像會發生一定程度的形變，第二方面會體現在光瞳分割器7的像受到擾動後在探測器成像部位的位置偏差，光瞳分割器7的條狀像會在探測器的成像位置上發生微小的位置偏差，而這些資訊被反映在探測器的成像端，被解析之後相較於圖8中所示的圓形光斑的偏差，會攜帶關於擾動的更加多維的資訊，從而獲得更加精確的檢測結果。
進一步優選地，該反射光5b會經過另一光瞳分割器8，另一光瞳分割器8為具有通光部和遮蔽光束部為條狀的結構，整體的光瞳分割器8為直徑為D的圓盤狀結構，其中通光部為條狀通孔，遮蔽光束部為不透光的材料，其中通光部和遮蔽光束部交替的週期條狀結構為通光寬度為a，遮蔽光束部的寬度為b，整個週期結構為寬度為d(d=a+b)，反射光5b經過透鏡組10之後準直照射於光瞳分割器8，優選的，光瞳分割器7和8的結構類似，其對應的通光部形狀相同，大小成比例關係，且由於透鏡組9和10在光路系統中也優選為相同的相互對稱的光學元件，光瞳分割器7的像疊加在光瞳分割器8上或有些微遮擋錯位，而在光聲擾動產生信號的變化之後，這種重合或者輕微的錯位信號會發生變化，分析探測器成像資訊可獲得更多資訊。
當然，在以上的情況中，光瞳分割器7和8優選為對稱的結構，上述兩個光學元件也可為不對稱的結構，此時，光瞳分割器7的像恰好與出射光的的光瞳分割器8的通光部與限制光部交叉，形成具有二維資訊的圖案成像，這種不對稱的結構可能會在器件製備的時候增加工藝困難。
進一步地，其中光瞳分割器7與透鏡組9的位置選擇，以被分割後入射探測光5a在樣品表面光斑最小化為優選，不在焦點的模糊成像會顯著增加成像圖案分析的難度。同樣的，光瞳分割器8與透鏡組10的位置選擇，以樣品表面
衍射條紋傅裡葉變換回光瞳分割器7的樣貌清晰成像於光瞳分割器8第二表面為優先，模糊成像會顯著增加成像圖案分析的難度。
進一步地，為提高信噪比，通過理論推導調整入射探測光光束的場強分佈或鏡組視野範圍，同樣可以調製目標出射探測光光斑的場強分佈，提高探測器信噪比。入射光束5a經過光瞳分割器7後會在樣品表面產生衍射相干光，其過程為傅裡葉轉換，即光瞳分割器7第二表面入射光束5a的場強分佈為U(x 0,y 0)，光瞳分割器7第一表面(後表面)入射光束5a的場強分佈為第一場強分佈
，隨後入射光束5a經光瞳分割器7分割後，經過透鏡組9匯聚後在形變區4表面的場強分佈為第二場強分佈U(x 1,y 1)，即：
調製光瞳分割器7的孔徑函數A(x 0,y 0)，可以得到入射光束5a在形變區4表面的場強分佈為U(x 1,y 1)，透鏡組10將視野範圍內的部分場強分佈U(x 1,y 1)的反射光束5b接收，由於對稱光路系統，反射至另一光瞳分割器8第二表面形成的反射光束5b的場強分佈為第三場強分佈
，其場強分佈會近似為入射光束5a經過光瞳分割器7第一表面的第一場強分佈
，由於光瞳分割器7和8具有相同的孔徑函數A(x 0,y 0)，通過調製光瞳分割器8的孔徑函數A(x 0,y 0)可以實現得到光瞳分割器8第一表面(後表面)的第四場強分佈U(x 2,y 2)。而第二場強分佈U(x 1,y 1)會受物品表面回聲影響幹擾，形成隨回聲返回時間相關性變化的第三場強分佈，第三場強分佈和光瞳分割器8的孔徑函數A(x 0,y 0)再發生疊加錯位可得到隨回聲時間相關性變化的高信噪比信號第四場強分佈U(x 2,y 2)，該信號會被探測器11接收。
更進一步地，入射光束於光瞳分割器7第二表面的原始場強分佈為U(x 0,y 0)，經過孔徑函數為A(x 0,y 0)的光瞳分割器7後，在光瞳分割器7第一表面後的第一場強分佈
為
入射光束5a到達形變區4表面第二場強分佈為：
入射光束5a到達形變區4表面第二場強分佈為U(x 1,y 1)，位於透鏡組10視野範圍內反射光5b準直至光瞳分割器8第二表面形成第三場強分佈為
即
反射光束5b經過光瞳分割器8，基於孔徑函數A(x 0,y 0)形成為第四場強分佈U(x 2,y 2)，即
反射光束5b在光瞳分割器8第四表面場強分佈為U(x 2,y 2)，公式推導結論：最終信號U(x 2,y 2)與U(x 0,y 0)、A(x 0,y 0)、透鏡組9視場、透鏡組10視場有明確物理關係，目標為使
最大化。其中，θ為回聲信號產生的反射探測光5b角度變化，s為探測器接收面積，由於
與U(x 0,y 0)、A(x 0,y 0)、透鏡組9視場、透鏡組10視場有關係，利用光瞳分割器7的孔徑函數A(x 0,y 0)更易於調製。
如圖7所示，對於本發明的光瞳分割方案來說，在使用圖6所示的光瞳分割器7和光瞳分割器8之後，探測器11獲取的最終信號為明暗交替的條紋圖像，光瞳分割後的信號變化率為η=各明條紋變化寬度/無擾動時各明條紋寬度=
；如圖8所示，對於現有技術中不進行光瞳分割的方案來說，信號變化率η 0=圓形光斑錯位面積/圓形光斑面積=
，
其中：η或者
；由於通常光場強分佈為高斯分佈，結果將會更明顯地看到η≫η0；因此，使用本發明的光瞳分割方案探測器所探測的信號跳動會較為明顯，而不做分割情況下探測器所探測的信號跳動幅度很小，不易於識別。
另外，上述光瞳分割器7和8的主要核心在於光瞳大於等於2以上分割處理，光瞳分割器7和8的具體光學參數和工藝一致性問題，可依據實際應用情況優化設計解決，其製作材料可依據光學工藝條件來製備，並且考慮到光學系統中的反射效應等因素，進一步優選在光瞳分割器7和8表面或者是背面進行塗膜減小光闌反射對探測光5c的影響等，或者考慮到在光闌邊緣處可能產生的衍射圖樣設計濾除元件，保持1級條紋的設計等都可依據上述核心來進行進一步設計。同時光闌本身可進行可調節瞳孔大小方式的設計，以方便進行多次測量減小光學系統硬體本身引起的對測量結果的擾動和誤差，另外考慮到光學系統穩定性的影響，上述光闌的固定、調整設備可依據情況進行設計。
透鏡組9和10為光學元件組合系統，完成對光路的準直，其能達到相應的光學功能即可，對其具體設置並不做嚴格限定。另外在光路上設置對光強的增益元件以彌補光闌帶來的能量損耗也可依據具體情況展開設計。
可以用本發明所涉及的方法和裝置監測的樣品可以是塊狀的(例如，諸如金屬或半導體的固體)，薄膜(例如，聚合物，半導體或金屬膜)，流體，表面或表現出聲光時間擾動的效應。典型的樣品包括半導體工業中使用的金屬膜，例如鋁，鎢，鈦，鈦：鎢，鈦或氧化物薄膜等。可以在這些樣品中確定的材料特性包括機械，物理(例如，厚度)，彈性，(深度依賴和/或各向異性)擴散，基於粘附，熱(例如，熱擴散)和與之相關的粘性特性。如圖7中所示，當光闌分割所造成的圖像分割越豐富，所能提取的資訊維度越豐富(a'可以反映反射光角度變化資訊，b'可以反映形變區4的資訊和/或光學元件的像畸變資訊)，例如在光闌像的位置變化的移動可檢出反射光角度的變化，而其中的像的畸變或者形狀的改變，可能意味著形變區4的光學特性造成的影響，當分割的圖案越多，所能提取的共性特徵和特定特徵也越多，使得按照本發明使用的方案在後續的成像光的電腦分析中獲得更高的分析精度。
按照本發明的另一種實施方式，提出了一種聲光探測中獲得反射光探測變化的方法，該方法包括：利用第一光瞳分割器將入射光束進行場強分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一場強分佈；匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至物體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束；
接收具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；利用第二光瞳分割器接收具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得具有第三場強分佈的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四場強分佈，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔徑函數分割；獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊。該方法的實現原理、技術效果與上述裝置類似，此處不再贅述。
按照本發明的另一種實施方式，提出了一種膜厚測量裝置，包括：猝發單元，在一個時間點從待測膜樣品的上表面向下底面猝發多個激勵源，以使待測膜樣品上表面產生至少一形變區域；提供如上所述的探測反射光束變化的裝置，獲取形變區域對應偏振反射光束5b’信號強度峰值變化資訊；計算單元，根據峰值對應的時間間隔計算出待測膜樣品的厚度。該裝置的實現原理、技術效果與上述探測反射光束變化的裝置類似，此處不再贅述。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
1a:入射泵浦光
1b:反射泵浦光
2:薄膜樣品
3a:上表面
3b:下表面
4:形變區
5a:入射光束
5b:反射光
7:第一光瞳分割器
8:第二光瞳分割器
9:第一準直光學元件
10:第二準直光學元件
11:探測器
12:探測器
Claims (10)
- 一種探測反射光變化的裝置，其中，所述裝置包括：至少一個用於產生入射光束(5a)的探測光源；設置於探測光源光路後的至少一個第一光瞳分割器(7)，用於將所述入射光束(5a)進行場強分割使得所述入射光束(5a)在所述第一光瞳分割器(7)的第一表面形成第一場強分佈；設置於第一光瞳分割器(7)光路後的第一準直光學元件(9)，用於準直匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至待測體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束(5b)；設置於反射光路上的第二準直光學元件(10)，用於接收視場範圍內具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；設置於第二準直光學元件(10)光路後的第二光瞳分割器(8)，用於接收具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得所述具有第三場強分佈的反射光束在所述第二光瞳分割器(8)的第一表面形成第四場強分佈，所述第一光瞳分割器(7)和第二光瞳分割器(8)具有相同的孔徑函數；探測器(11)，用於獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊。
- 如請求項1所述的探測反射光變化的裝置，其中，所述第一準直光學元件(9)與所述第二準直光學元件(10)組成光路準直系統，所述第一光瞳分割器(7)設置於所述光路準直系統的入瞳位置，所述第二準直光學元件(10)設置於所述光路準直系統的出瞳位置。
- 如請求項1或2所述的探測反射光變化的裝置，其中，所述第一光瞳分割器(7)設置有多個第一類型通光結構和多個第二類型通光結構，所述第 一類型通光結構和所述第二類型通光結構具有光通量的差別，以使得入射光束(5a)被所述第一類型通光結構和所述第二類型通光結構擾動分割，成為所述具有第一場強分佈的入射光束。
- 如請求項3所述的探測反射光變化的裝置，其中，所述第二光瞳分割器(8)設置有多個第三類型通光結構和多個第四類型通光結構，所述第三類型通光結構和所述第四類型通光結構具有光通量的差別，以使得所述具有第三場強分佈的反射光束被進一步擾動分割為所述具有第四場強分佈的反射光束。
- 如請求項4所述的探測反射光變化的裝置，其中，所述第一類型通光結構與所述第三類型通光結構一一對應，互相對應的第一類型通光結構和第三類型通光結構的形狀相同。
- 如請求項4所述的探測反射光變化的裝置，其中，通過設置所述第一準直光學元件(9)的組成結構實現所述第一準直光學元件(9)的視場調節，使得所述第一光瞳分割器(7)的像清晰照射於所述待測體；通過設置所述第二準直光學元件(10)的組成結構實現所述第二準直光學元件(10)的視場調節，使得用具有第二場強分佈的反射光束(5b)準直後射入所述第二光瞳分割器(8)。
- 如請求項4所述的探測反射光變化的裝置，其中，所述第一光瞳分割器(7)和所述第二光瞳分割器(8)相對於入射光路和反射光路呈軸對稱。
- 如請求項3所述的探測反射光變化的裝置，其中，多個第一類型通光結構對應的通光圖案不同。
- 一種探測反射光變化的方法，其中，所述方法包括： 利用第一光瞳分割器(7)將入射光束(5a)進行場強分割使得所述入射光束(5a)在所述第一光瞳分割器(7)的第一表面形成第一場強分佈；準直匯聚具有第一場強分佈的入射光束斜入射至待測體表面以形成具有第二場強分佈的反射光束(5b)；接收具有第二場強分佈的反射光束並準直以形成具有第三場強分佈的反射光束；利用第二光瞳分割器(8)接收具有第三場強分佈的反射光束進行場強分割，使得所述具有第三場強分佈的反射光束在所述第二光瞳分割器(8)的第一表面形成第四場強分佈，所述第一光瞳分割器(7)和第二光瞳分割器(8)具有相同的孔徑函數；獲取具有第四場強分佈的反射光束，解析時間間隔內具有第四場強分佈的反射光束變化資訊。
- 一種膜厚測量裝置，其中，包括：猝發單元(1)，在一個時間點從待測膜樣品(2)的上表面(3a)向下底面(3b)猝發多個激勵源，以使所述待測膜樣品(2)上表面產生至少一形變區域；提供如1-8中任一項所述的探測反射光束變化的裝置，獲取所述形變區域對應偏振反射光束信號強度峰值變化資訊；計算單元，根據峰值對應的時間間隔計算出待測膜樣品(2)的厚度。
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