CN103869830A - 一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法及实时系统 - Google Patents
一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法及实时系统 Download PDFInfo
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Abstract
现有用于控制椭偏仪测量的方法均是使用非实时系统实现，无法实时的控制椭偏仪各部件，会引起椭偏仪数据采集延后、测量效率低、集成工作难度大。本发明提出了一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法以及相应的实时系统，其中，该方法包括如下步骤：i.接收来自外部的指示；ii.根据该指示，使用运动控制模块，通过运动控制卡(5)，控制椭偏仪的起偏器(2)和/或验偏器(3)；iii.根据该指示，使用探测控制模块，控制椭偏仪的探测器(4)；其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。本发明的实施方式确保测量控制实时性和测量控制的精度。并且，由于是在实时系统中，能够实时响应外部发送来的指示，没有延迟。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量领域的控制，特别是用于光谱型椭偏仪测量的控制。
背景技术
光谱型椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量设备。由于与样品非接触，对样品没有破坏且不需要真空，使得椭偏仪成为一种极具吸引力的测量设备。
椭偏仪涉及光源、起偏角度可变的起偏器、验偏角度可变的验偏器和探测器这几个主要部件。其中，起偏器、验偏器和探测器需要被控制以实现在特定起偏角度、验偏角度和特定探测时间的光学测量。通常，椭偏仪的供应商一般只提供非实时系统的控制支持。由于使用非实时系统，椭偏仪就不能实时响应椭偏仪的使用端的测量命令，也不能实时地控制各部件协同工作，降低了椭偏仪的控制精度。由于非实时系统除了控制椭偏仪工作，同时也会做一些其它工作，这样就会频繁的切换CPU时间从而降低椭偏仪的测量效率。因此椭偏仪的实际测量控制都是采用非实时系统来实现，测量的实时性、测量的效率都不是很高。
此外，椭偏仪除了作为一个单独的测量设备使用外，也可作为其他大型光学测量设备的一个子系统来使用。但是，现有的测量控制方法都是椭偏仪的使用端直接控制椭偏仪各部件实现所有测量功能，测量控制和椭偏仪的使用端有非常高的耦合度，想将椭偏仪作为一个子系统集成进其它大型光学测量设备将是一个复杂的移植过程。而目前椭偏仪已经不单单是用于科学研究领域，而是广泛的应用于多种行业的光学测量设备中。
因此，目前的测量控制方法显然不满足产业化要求的实时控制，测量效率及子系统化的要求。
发明内容
为了解决测量的实时性和效率低的技术问题，本发明的发明构思是：第一，使用实时系统来控制椭偏仪各部件协同工作实现测量功能。第二，为了实现子系统化，实时系统封装了椭偏仪所能提供的测量功能并向外提供指示接口，这样椭偏仪的使用端只需要调用这些指示接口即可，无需了解椭偏仪的测量控制实现细节。此外，为了提高测量的效率，将椭偏仪的测量数据在实时系统上进行处理，从而不占用椭偏仪的使用端的CPU时间。
根据本发明的一个方面，提供了一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
i.接收来自外部的指示；
ii.根据该指示，使用运动控制模块，通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
iii.根据该指示，使用探测控制模块，控制椭偏仪的探测器；
其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制椭偏仪的实时系统，包括：
-指示接口，用于连接到椭偏仪的使用端，用于接收来自外部的指示；
-运动控制模块，用于连接到椭偏仪的运动控制卡，并用于通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
-探测控制模块，用于连接到椭偏仪的探测器，用于控制该探测器；
其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明使用实时系统控制椭偏仪各部件，确保测量控制实时性和测量控制的精度。并且，由于是在实时系统中，能够实时地响应外部发送来的指示。
根据一个优选的实施方式，向椭偏仪的使用端提供指示接口，允许椭偏仪的使用端通过该接口使实时系统与椭偏仪交互，从而椭偏仪的测量实现细节对椭偏仪的使用端是透明的。特别地，向椭偏仪的使用端提供的指示接口包括以下任一项：
a、初始化椭偏仪的接口
b、关闭椭偏仪的接口
c、控制起偏器、验偏器转动到某一角度位置的接口
d、获取起偏器、验偏器的当前角度位置的接口
e、无起偏器和验偏器的单次测量的接口
f、有起偏器和验偏器的单次测量的接口
g、无起偏器和验偏器的平均测量的接口
h、有起偏器和验偏器的平均测量的接口
i、同步测量的接口。
该优选的实施方式的好处在于，使椭偏仪子系统化，向上屏蔽了椭偏仪的控制细节，大大提高椭偏仪的可移植性，并且提供了各种通用功能，具有很强的适用性。
根据一个优选的实施方式，所述步骤ii中，根据测量指示来控制起偏器和/或验偏器运动；
所述步骤iii中，根据该测量指示来控制探测器探测来自样品的测量信号，并获取测量信号；
该方法还包括如下步骤：
iv.在获取到该测量信号后，使用处理模块来进行数据处理，其中，所述处理模块实现在该实时系统中。
该优选的实施方式的好处在于，在实时系统上做数据处理，从而不占用椭偏仪的使用端系统的CPU时间，提高了椭偏仪的测量效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了根据本发明的实施系统以及与之相连的椭偏仪的使用端和椭偏仪。
具体实施方式
本发明提供了一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
i.接收来自外部的指示；
ii.根据该指示，使用运动控制模块，通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
iii.根据该指示，使用探测控制模块，控制椭偏仪的探测器；
其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块实现在实时系统中且并行地实时运作。
本发明同时提供了一种用于控制椭偏仪的实时系统，包括：
-指示接口，用于连接到椭偏仪的使用端，用于接收来自外部的指示；
-运动控制模块，用于连接到椭偏仪的运动控制卡，并用于通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
-探测控制模块，用于连接到椭偏仪的探测器，用于控制该探测器；
其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。
图1示出了包含本发明的实时系统的椭偏仪测量控制装置，该装置包括四部分：光谱型椭偏仪，椭偏仪的使用端7，实时系统6和运动控制卡5。其中，光谱型椭偏仪包括光源1、起偏器2、验偏器3、探测器4。椭偏仪的使用端7连接到实时系统6，运动控制卡5和探测器4也是直接连到实时系统6，其中，使用端7连接到指示接口，运动控制卡5连接到运动控制模块，探测器4连接到探测控制模块。起偏器2和验偏器3连接到运动控制卡5。
优选地，指示接口允许椭偏仪的使用端通过该接口使实时系统与椭偏仪交互，从而椭偏仪的测量实现细节对椭偏仪的使用端是透明的。该些指示接口包括控制椭偏仪的通用指示接口，例如：
a.初始化椭偏仪的接口；
b.关闭椭偏仪的接口；
c.控制起偏器、验偏器转动到某一角度位置的接口；
d.获取起偏器、验偏器的当前角度位置的接口；
e.无起偏器和验偏器的单次测量的接口；
f.有起偏器和验偏器的单次测量的接口；
g.无起偏器和验偏器的平均测量的接口；
h.有起偏器和验偏器的平均测量的接口；
i.同步测量的接口。
下面分别对这些指示接口所接收的指示，以及实时系统根据指示进行的相应操作进行简要描述。其中，指示接口a至指示d是与控制相关的指示接口：
a.初始化椭偏仪
该指示用于对椭偏仪进行初始化。在一个例子中，椭偏仪的使用端将初始化的参数，例如运动控制卡的地址(如IP地址或MAC地址)、它所控制的起偏器的轴、验偏器的轴、以及起偏器和验偏器的电机的初始旋转速度等等发送给指示接口。运动控制模块根据运动控制卡的地址与控制卡建立连接，例如建立TCP/IP连接。探测控制模块还读取探测器的非线性校正系数。可以理解，对椭偏仪进行初始化的具体操作是本领域的一般技术人员所熟知的，据此，本领域的一般技术人员能够设计出相应的接口并为实时系统配置相应的功能。
b.关闭椭偏仪
在一个例子中，运动控制模块控制运动控制卡将起偏器和验偏器的电机停止，并关闭与运动控制卡的连接，例如关闭TCP/IP连接。
c.控制起偏器、验偏器转动到某一角度位置
一般来说，椭偏仪的使用端将所需的角度通过指示接口提供给实时系统，实时系统将该角度转换为运动控制卡所提供的光栅尺的值，而后运动控制模块将该光栅尺的值提供给运动控制卡，将起偏器或验偏器的电机旋转到该光栅尺值位置处。
d.获取起偏器、验偏器的当前角度位置
运动控制模块从运动控制卡处获得起偏器或验偏器的电机的当前所在光栅尺的值，而后，实时系统将其转换为角度，并通过指示接口发送回使用端。
指示e至指示i是测量相关的指示，对于这些指示，运动控制模块根据测量指示来控制起偏器和/或验偏器运动。测量控制模块根据该测量指示来控制探测器探测来自样品的测量信号，并获取测量信号。并且，实时系统的处理模块在获取到该测量信号后，对测量信号进行数据处理。具体的：
e.无起偏器和验偏器的单次测量
运动控制模块通过运动控制卡，维持起偏器和/或验偏器的当前角度。
测量控制模块向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的单个测量信号。之后，通过指示接口将处理结果返回椭偏仪的使用端。其中，探测器可以被事先设置为普通模式，即根据测量控制模块的指令来进行信号采集。
f.有起偏器和验偏器的单次测量
运动控制模块控制所述运动控制卡，将起偏器和/或验偏器旋转到一定角度，这个操作在以上指示c中已有描述。
测量控制模块向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的单个测量信号。之后，通过指示接口将处理结果返回椭偏仪的使用端。
g.无起偏器和验偏器的平均测量
运动控制模块通过运动控制卡，维持起偏器和/或验偏器的当前角度。
测量控制模块向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的连续多个测量信号。
处理模块对该多个测量信号进行平均处理。之后，通过指示接口将处理结果返回椭偏仪的使用端。
h.有起偏器和验偏器的平均测量
运动控制模块控制所述运动控制卡，将起偏器和/或验偏器旋转到一定角度，这个操作在以上指示c中已有描述。
测量控制模块向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的连续多个测量信号。
处理模块对该多个测量信号进行平均处理。之后，通过指示接口将处理结果返回椭偏仪的使用端。
i.同步测量
运动控制模块控制运动控制卡将起偏器和/或验偏器中的一个旋转到一定角度，并控制另一个从另一个一定角度开始匀速转动。
测量控制模块向探测器发送探测指令，该探测指令指示所述探测器根据所述运动控制卡的触发来进行测量，并获得来自探测器的该多个测量信号。其中，所述探测器可以被事先设置为触发模式，即根据运动控制卡的触发脉冲来进行信号采集。
处理模块从运动控制卡获得与该多个测量信号分别对应的角度数据，并基于角度数据对该多个测量信号进行相应处理。之后，通过指示接口将处理结果返回椭偏仪的使用端。
在以上测量中，处理模块还能够用于：
-对多次采集测量，采集到的光谱数据在实时系统上直接做平均处理；
-对采集到的光谱数据直接在实时系统上做非线性校正；
-对采集到的光谱数据直接在实时系统上做平滑处理
此外，椭偏仪通常还包括位于光源和起偏器之间的遮光快门，该遮光快门也能够连接到运动控制模块。在进行测量时，运动控制模块首先打开遮光快门。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
Claims (15)
1.一种使用实时系统控制椭偏仪的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
i.接收来自外部的指示；
ii.根据该指示，使用运动控制模块，通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
iii.根据该指示，使用探测控制模块，控制椭偏仪的探测器；
其中，所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤i中：
-向椭偏仪的使用端提供指示接口，允许椭偏仪的使用端通过该接口使实时系统与椭偏仪交互，从而椭偏仪的测量实现细节对椭偏仪的使用端是透明的。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤i中，向椭偏仪的使用端提供的指示接口包括以下任一项：
a.初始化椭偏仪的接口；
b.关闭椭偏仪的接口；
c.控制起偏器、验偏器转动到一角度位置的接口；
d.获取起偏器、验偏器的当前角度位置的接口；
e.无起偏器和验偏器的单次测量的接口；
f.有起偏器和验偏器的单次测量的接口；
g.无起偏器和验偏器的平均测量的接口；
h.有起偏器和验偏器的平均测量的接口；
i.同步测量的接口。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤ii包括：
-与运动控制卡建立通讯；
-通过运动控制卡控制起偏器、验偏器运动；
-通过运动控制卡获取起偏器、验偏器的当前运动状态。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤iii包括：
-与探测器建立通讯；
-设置探测器工作参数；
-从探测器中采集光谱数据。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤ii中，根据测量指示来控制起偏器和/或验偏器运动；
所述步骤iii中，根据该测量指示来控制探测器探测来自样品的测量信号，并获取测量信号；
该方法还包括如下步骤：
iv.在获取到该测量信号后，使用处理模块来进行数据处理。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述测量指示包括无起偏器和验偏器的单次测量；
所述步骤ii中，维持起偏器和/或验偏器的当前角度；
所述步骤iii中，向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的单个测量信号。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述测量指示包括无起偏器和验偏器的平均测量；
所述步骤ii中，维持起偏器和/或验偏器的当前角度；
所述步骤iii中，向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的连续多个测量信号；
所述步骤iv中，对该多个测量信号进行平均处理。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述测量指示包括有起偏器和验偏器的单次测量；
所述步骤ii中，控制所述运动控制卡将起偏器和/或验偏器旋转到一定角度；
所述步骤iii中，向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的单个测量信号。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述测量指示包括有起偏器和验偏器的平均测量；
所述步骤ii中，控制所述运动控制卡将起偏器和/或验偏器旋转到一定角度；
所述步骤iii中，向探测器发送探测指令，并且获得来自探测器的连续多个测量信号；
所述步骤iv中，对该多个测量信号进行平均处理。
11.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述测量指示包括同步测量；
所述步骤ii中，控制所述运动控制卡将起偏器和/或验偏器之中的一个旋转到一角度，并控制之中的另一个从另一角度开始匀速转动；
所述步骤iii中，向探测器发送探测指令，该探测指令指示所述探测器根据所述运动控制卡的触发来进行测量，并获得来自探测器的该多个测量信号；
所述步骤iv中，从运动控制卡获得与该多个测量信号分别对应的角度数据，并基于角度数据对该多个测量信号进行相应处理。
12.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤iv包括：
-对多次采集测量，采集到的光谱数据在实时系统上直接做平均处理；
-对采集到的光谱数据直接在实时系统上做非线性校正；
-对采集到的光谱数据直接在实时系统上做平滑处理。
13.一种用于控制椭偏仪的实时系统，包括：
-指示接口，用于连接到椭偏仪的使用端，用于接收来自外部的指示；
-运动控制模块，用于连接到椭偏仪的运动控制卡，并用于通过运动控制卡，控制椭偏仪的起偏器和/或验偏器；
-探测控制模块，用于连接到椭偏仪的探测器，用于控制该探测器；
其中，所述指示接口、所述运动控制模块和所述探测控制模块并行地实时运作。
14.根据权利要求13所述的实时系统，其特征在于，所述指示接口允许椭偏仪的使用端通过该接口使实时系统与椭偏仪交互，从而椭偏仪的测量实现细节对椭偏仪的使用端是透明的，该指示接口提供以下任一接口：
a.初始化椭偏仪的接口
b.关闭椭偏仪的接口
c.控制起偏器、验偏器转动到某一角度位置的接口
d.获取起偏器、验偏器的当前角度位置的接口
e.无起偏器和验偏器的单次测量的接口
f.有起偏器和验偏器的单次测量的接口
g.无起偏器和验偏器的平均测量的接口
h.有起偏器和验偏器的平均测量的接口
i.同步测量的接口。
15.根据权利要求13所述的实时系统，其特征在于，所述运动控制模块根据测量指示来控制起偏器和/或验偏器运动；
所述探测控制模块根据该测量指示来控制探测器探测来自样品的测量信号，并获取测量信号；
该实时系统还包括：
-处理模块，用于对所获取的测量信号进行数据处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Control method for controlling ellipsometer by using real-time system and real-time system Effective date of registration: 20190121 Granted publication date: 20161123 Pledgee: Shanghai Xingcheng Investment Management Co., Ltd. Pledgor: Raintree Scientific Instruments (Shanghai) Corporation Registration number: 2019310000002 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20191029 Granted publication date: 20161123 Pledgee: Shanghai Xingcheng Investment Management Co., Ltd. Pledgor: Ruili Scientific Instruments (Shanghai) Co., Ltd. Registration number: 2019310000002 |