[发明专利]一种高精度纳米间距检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度纳米间距检测装置及检测方法，属于纳米光刻技术领域。

背景技术

光学衍射极限一直制约着两个物体之间绝对间距的检测。但是直到目前，光学干涉方法仍旧是检测两物体绝对间距的常规方法，衍射极限问题仍旧制约着光学检测方法的应用。为了扩展光学干涉方法能够应用于纳米尺度的检测，许多科研工作者做出了大量的工作。基于现有的Krestchmann-Raether(KR)结构，提出了一种检测纳米间距的方法，如图1所示，TM模式的激光束入射到SPR传感器上，SPR和玻璃板之间有一微小距离d。在谐振角度下，反射光束经由SPR反射后，其反射光光强受SPR反射率的影响。而由菲涅耳公式可以知道SPR的反射率受到d的影响，因此通过检测出射光束的反射率变化可以得到纳米间距d值。理论模拟结果显示使用632.8nm的激光束来检测时，入射角度从45°变化到50°，纳米间距由300nm变化到100nm，能够检测到的最小间距大约为126nm，可见这种检测方法对于小于100nm以下的纳米间距就不能适用。然而在纳米光刻技术中，经常会要求两个平面的间距小于100nm以下，间距的测量精度直接关系到纳米光刻技术的精度。

发明内容

本发明为了解决现有技术对纳米间距测量精度低的问题，提供一种高精度纳米间距检测装置及方法。

本发明一种高精度纳米间距检测装置，该装置中激光器、扩束装置、第一分束器、第二分束器、透镜、透光镜和平面反射镜共轴放置，透光镜位于透镜的后焦面上，调整激光器发出的光线平行入射到透镜和平面反射镜上；激光器发出的光线依次经过扩束装置、第一分束器、第二分束器、透镜、透光镜和反射镜；光经过第一分光器时部分光被反射，第一检偏器接收第一分束器反射出来的光线，光线经过第一检偏器后被第一光电探测器接收，第一光电探测器将采集到的信息传给计算机；反射镜反射回来的光线入射到第二分束器，SPR传感器接收第二分束器反射出来的光线，光线经过SPR传感器后入射到第二检偏器上，光线经过第二检偏器后被第二光电接收器接收，第二光电接收器将采集到的信息传给计算机。

本发明所述一种高精度纳米间距检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：调整检测装置，使光束平行入射到透镜上；

步骤二：通过PNPS驱动、调整平面反射镜的位置，使其位于透镜后焦面附近； 

步骤三：调整第二检偏器使其透过方向平行于X轴，然后调整SPR传感器，直至SPR传感器反射出的P分量光束光强达到最小；

步骤四：调整第二检偏器使其透过方向与X轴成10°角，然后由PNPS驱动平面反射镜，通过计算机监测测试光路和参考光路的位相差值Δφ=φ_te-φ_re，直至其为一定值，此时透光镜与反射镜重合，两者都位于透镜后焦面上；

步骤五：由PNPS驱动反射镜产生微小位移，同时计算机实时记录位相差Δφ=φ_te-φ_re的值；

步骤六：由计算机分析处理实验数据得出反射镜的位移量。

本发明的有益效果是：一种高精度纳米间距检测装置及检测方法，由物理光学原理分析了微小位移与角度偏移之间的关系，然后结合SPR角度传感器关于角度偏移和位相改变的关系，建立起微小位移（纳米间距）和位相改变之间的关系，从而通过监测位相改变可以实现纳米间距的实时测量，通过理论模拟，得出纳米间距检测的灵敏度可以达到0.3°/nm；本发明检测装置搭建出测试光路和参考光路，通过计算机实时监测两光路信息，进而分析计算得出所要获得的反射镜位移量，本发明结构简单、易于操作，本发明的检测方法实现对纳米间距的实时监测，且测量精度高。 

附图说明

图1现有技术中检测纳米间距的原理图。

图2是本发明一种高精度纳米间距检测装置结构示意图。

图3是角度偏移与反射镜位置的关系示意图。

图4是角度偏移随物镜位置变化关系示意图。

图5是SPR传感器的四层结构图。

图6是位相变化量随入射角度改变的函数关系图。

图7是在全反射角附近位相随角度变化的函数关系图。

图8是位相变化量与角度偏移量的函数关系图。

图9是位移量与位相变化量的关系图。

图10是位相变化量随采样位置变化关系图。

具体实施方式