[發明專利]用于納米級金屬薄膜厚度測量的差動式SPR相位檢測裝置

有效

• 申請號: 201611065300.3
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN108120381B
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發明（設計）人: 劉慶綱;秦自瑞;解嫻;李洋;郎垚璞;劉睿旭;岳翀
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

1.一種用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，包括：設置在工作臺（18）上的激光光源（1）、偏振片（2）、分光棱鏡（3）、反射鏡（4）、干涉結構和成像結構，其中激光光源（1）、偏振片（2）、分光棱鏡（3）和反射鏡（4）依次位于同一光軸上，其特征在于，所述反射鏡（4）和干涉結構之間設置有激發SPR效應的傳感棱鏡（5），所述傳感棱鏡（5）的斜面鍍有金屬薄膜（6），所述傳感棱鏡（5）的下方設置有位移臺（7），所述位移臺（7）包括有組合搭建的X平移臺（20）、Y平移臺（21）、Z平移臺（22）、轉臺（23）、控制器（24）和控制手柄（25）；入射光經反射鏡（4）、傳感棱鏡（5）在所述金屬薄膜（6）激發SPR效應后形成光路I反射入所述干涉結構；入射光經分光棱鏡（3）、光反射機構、傳感棱鏡（5）在所述金屬薄膜（6）激發SPR效應后再返回光反射機構形成光路II反射入所述干涉結構，光路Ⅰ和光路Ⅱ從對稱方向入射至傳感棱鏡鍍膜面，沿任意方向轉動轉臺，實現一路光入射角增大、另一路光入射角減小的差動式測量。

2.根據權利要求1所述的一種用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于：所述反射鏡（4）與光軸呈45度夾角。

3.根據權利要求1所述的一種用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于：所述光反射機構包括設置在分光棱鏡（3）正下方且位于所述傳感棱鏡（5）和干涉結構之間的等邊三角形或八字形棱鏡、回路反射鏡（9，10）。

4.根據權利要求1所述的一種用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于：所述干涉結構包括有反射鏡（12）、反射鏡（13）、偏振分光棱鏡（11）和偏振分光棱鏡（14），偏振分光棱鏡（11）到反射鏡（12）和反射鏡（13）的距離相等，偏振分光棱鏡（14）到反射鏡（12）和反射鏡（13）的距離相等。

5.根據權利要求1所述的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于：所述的金屬薄膜（6）沿所述傳感棱鏡（5）斜面長度方向形成帶狀成膜區域，且與無金屬模區域的斜面形成膜厚臺階。

6.根據權利要求1所述的一種用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于：所述薄膜厚度的測量精度小于1nm。

7.根據權利要求1所述的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述的成像結構包括有偏振片（15）、凸透鏡（16）和相機（17）。

8.根據權利要求1所述的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述的金屬薄膜（6）在所述傳感棱鏡（5）斜面上形成水平方向的臺階。

9.根據權利要求1所述的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述的傳感棱鏡（5）為等邊直角棱鏡，材質為BK7玻璃。

10.根據權利要求1所述的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述的光路Ⅰ和光路Ⅱ的光點照射在傳感棱鏡（5）的鍍膜區與非鍍膜區的過渡區域。

11.根據權利要求1所述 的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述激光光源（1）的輸出波長為632.8nm。

12.根據權利要求1所述 的用于納米級金屬薄膜厚度測量的差分式SPR相位檢測裝置，其特征在于，所述的金屬薄膜（6）為金或銀或銅或鋁或鉑或鈦或鎳或鉻金屬薄膜。