專利名稱：一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜厚度的測量方法和裝置，特別涉及應(yīng)用于對樣品表面納米尺 度薄膜厚度分布進行觀測的方法和裝置。
背景技術(shù)：
橢圓偏振測量法是利用偏振光測量薄膜或界面參數(shù)的測量技術(shù)，通過測量經(jīng)被測 樣品反射(或透射)光線的偏振態(tài)變化來獲得樣品的厚度和折射率等參數(shù)。橢偏儀廣泛應(yīng) 用于薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)的測定，能同時測量多層薄膜，膜厚測量范圍大，可以從幾納米到 1微米。橢偏儀是一種快速、高精度、非接觸式光學(xué)測量儀器，能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用， 可以對各種半導(dǎo)體及其氧化物成分、化合物半導(dǎo)體成分的梯度膜層和透明薄膜的折射率和 厚度以及微結(jié)構(gòu)等物理結(jié)構(gòu)特性進行分析。目前應(yīng)用比較廣泛的橢偏儀有單波長橢偏儀，光譜橢偏儀和紅外橢偏儀。但上述 橢偏儀都是基于單點測量，即把光斑所覆蓋的樣品區(qū)域認為是一個點的信息。由于光斑尺 寸一般為毫米量級，為了提高橢偏儀的橫向分辨率，將橢偏儀與成像系統(tǒng)相結(jié)合，就形成了 成像橢偏儀，其利用成像系統(tǒng)得到樣品表面薄膜的橢偏圖像，從而得到薄膜的形貌信息和 厚度分布，以獲得比普通單點橢偏儀更高的空間細節(jié)信息。但是，現(xiàn)有的成像橢偏儀裝置通常采用步進電機改變起偏器、補償器或檢偏器的 光軸方向來實現(xiàn)測量，測量精度受到機械機構(gòu)控制精度的限制，測量重復(fù)性和穩(wěn)定性均有 限。另外機械機構(gòu)的控制速度也大大限制了橢偏儀的測量速度，無法滿足實時、在線式的測
量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新的基于磁光效應(yīng)的成像橢偏方法和裝置，有效解決 現(xiàn)有方法的不足，可對樣品表面薄膜形貌進行精確測量，同時可提高了測量穩(wěn)定性和速度。本發(fā)明提出了一種新型的基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀?；诖殴庑?yīng)可改變光束 偏振態(tài)的原理，利用磁光調(diào)制器取代傳統(tǒng)步進電機轉(zhuǎn)動起偏器、補償器或檢偏器光軸的方 法來實現(xiàn)橢偏儀的測量。由于磁光調(diào)制器通過電路系統(tǒng)控制，調(diào)制速度快，調(diào)制精度高，而 且整個測量過程中沒有機械轉(zhuǎn)動。從而可提高成像橢偏儀的測量精度、穩(wěn)定性和速度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀，包括沿著一條 光路依次設(shè)置的光源，用于發(fā)出照射待測對象的單頻率光；準直擴束裝置，用于對所述光源發(fā)出的光進行準直和擴束；起偏器，用于把所述準直擴束裝置輸出的任意偏振態(tài)的光轉(zhuǎn)變成線偏振光；檢偏器，用于改變所接收的來自所述待測對象的光的偏振方向，并輸出線偏振 光；其特征在于所述成像橢偏儀進一步包括
一個磁光調(diào)制器，所述磁光調(diào)制器被設(shè)置在所述光路位于所述起偏器與所述檢偏 器之間的部分上，用于將入射所述磁光調(diào)制器的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀測量方法，包 括利用一個準直擴束裝置對一個光源發(fā)出的光進行準直和擴束；利用一個起偏器把所述準直擴束裝置輸出的任意偏振態(tài)的光轉(zhuǎn)變成線偏振光；利用一個檢偏器改變所接收的來自所述待測對象的光的偏振方向，并輸出線偏振 光；其特征在于進一步包括利用設(shè)置在所述光路位于所述起偏器與所述檢偏器之間的部分上的一個磁光調(diào) 制器，將沿著所述光路入射所述磁光調(diào)制器的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀裝置示意圖。圖2是如圖1中采用的磁光調(diào)制器的工作原理示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀工作流程示 意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種基于磁光效應(yīng)成像橢偏儀裝置示意圖，磁 光調(diào)制器置于起偏器之后位置。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種基于磁光效應(yīng)成像橢偏儀裝置示意圖，磁 光調(diào)制器置于補償器之后位置。
具體實施例方式如圖1、4和5所示，本發(fā)明的特征在于，含有帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的 入射臂，帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的接收臂以及控制系統(tǒng)，其中帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的入射臂(1)，含有光源(3)、準直擴束裝置 (4)、起偏器(5)、旋轉(zhuǎn)控制臺(6)，補償器(7)，旋轉(zhuǎn)控制臺(8)，入射光闌(10)，其中光源(3)，用于發(fā)出照射待測對象的單頻率光；準直擴束裝置(4)，用于將激光器(3)發(fā)出的激光光束準直并擴束，使得出射光變 成平行光；起偏器(6)，用于將任意偏振態(tài)的平行光變成線偏振的平行光；旋轉(zhuǎn)控制臺(7)，用于轉(zhuǎn)動起偏器(6)使其光軸在與平行光傳播方向垂直平面內(nèi) 轉(zhuǎn)動；起偏器(6)固定在該旋轉(zhuǎn)控制臺(7)上，旋轉(zhuǎn)控制臺(7)由第二驅(qū)動器(19)控制；補償器(8)，通常是一個波片，如石英或云母，用于在相互垂直的兩個偏振方向上 產(chǎn)生一定相位延遲，將線偏振光變成橢圓偏振光；補償器⑶的光軸方向與起偏器(6)的光 軸方向夾角為a度，0° < a <90° ；旋轉(zhuǎn)控制臺(9)，用于轉(zhuǎn)動補償器(7)使其光軸在與線偏振平行光傳播方向垂直 平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；補償器(8)固定在該旋轉(zhuǎn)控制臺(9)上，旋轉(zhuǎn)控制臺(9)由第二驅(qū)動器(19) 控制；
入射光闌(10)，用于改變光束尺寸大小；光闌(10)中心與光束中心重合，可通過 調(diào)節(jié)光闌(10)的孔徑來改變出射光束的尺寸；帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的接收臂(2)，含有出射光闌(11)，磁光調(diào)制器 (12)，檢偏器(13)，旋轉(zhuǎn)控制臺(14)，成像系統(tǒng)(15)，面陣探測器(16)，其中出射光闌(11)，用于改變光束尺寸大??；出射光闌(11)中心與光束中心重合，可 通過調(diào)節(jié)光闌(11)的孔徑來改變出射光束的尺寸；磁光調(diào)制器(12)，用于將其入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度；通過磁光調(diào)制器 (12)的出射光偏振方向旋轉(zhuǎn)角度由第一驅(qū)動器(18)控制；檢偏器(13)，用于改變接收光的偏振方向，經(jīng)過檢偏器(13)后的出射光為線偏振 光；旋轉(zhuǎn)控制臺(14)，用于轉(zhuǎn)動檢偏器(13)使其光軸在與平行光傳播方向垂直平面 內(nèi)轉(zhuǎn)動；檢偏器(13)固定在該旋轉(zhuǎn)控制臺(14)上，旋轉(zhuǎn)控制臺(14)由第二驅(qū)動器(19)控 制；成像系統(tǒng)(15)，用于將光斑無畸變的會聚在面陣探測器(16)的感光面上；面陣探測器(16)，用于將接收到的二維空間光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出，如面陣硅 光電池或電荷耦合器(CCD)或CMOS ；控制系統(tǒng)(3)，含有計算機(17)，第一驅(qū)動器(18)，第二驅(qū)動器(19)，圖像采集卡 (20)，其中計算機(17)，用于控制第一驅(qū)動器(18)和第二驅(qū)動器(19)的驅(qū)動信號以及圖像 采集卡(20)完成圖像采集，接收第一驅(qū)動器(18)和第二驅(qū)動器(19)的反饋信號以及圖像 采集卡(20)的圖像信號；第一驅(qū)動器(18)，用于產(chǎn)生控制磁光調(diào)制器(12)的驅(qū)動信號；第二驅(qū)動器(19)，用于產(chǎn)生控制旋轉(zhuǎn)控制臺(7)，旋轉(zhuǎn)控制臺(8)以及旋轉(zhuǎn)控制臺 (9)的驅(qū)動信號；圖像采集卡(20)，用于將面陣探測器(16)的輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信 號并將該信號傳輸至計算機(17)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的薄膜厚度測量裝置如圖1所示。該裝置包括三個部 分帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的入射臂(1)，帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的接 收臂(2)以及控制系統(tǒng)(3)。其中，諸如激光器的光源(4)，準直擴束裝置(5)，起偏器(6)， 旋轉(zhuǎn)控制臺(7)，補償器(8)，旋轉(zhuǎn)控制臺(9)以及光闌(10)被包括在帶有偏振態(tài)和光斑尺 寸控制部件的入射臂(1)中；光闌(11)，磁光調(diào)制器(12)，檢偏器(13)，旋轉(zhuǎn)控制臺(14)， 成像系統(tǒng)(15)以及面陣探測器(16)包括在帶有偏振態(tài)和光斑尺寸控制部件的接收臂(2)
中；計算機(17)，第一驅(qū)動器(18)，第二驅(qū)動器(19)以及圖像采集卡(20)組成控制系統(tǒng) ⑶。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的薄膜厚度測量裝置的工作流程如圖3所示。其中N表 示磁光調(diào)制器(12)將入射光的偏振方向等角度旋轉(zhuǎn)一周所需要的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，則經(jīng)過磁光 調(diào)制器(12)之后的出射光偏振方向每次旋轉(zhuǎn)角度為360/N度；I表示經(jīng)過磁光調(diào)制器(12) 之后的出射光偏振方向發(fā)生第I次等角度旋轉(zhuǎn)，而經(jīng)過磁光調(diào)制器(12)之后的出射光偏振 方向相對于入射光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度為360I/N度。N的值為正整數(shù)，I的值為非負整
如圖3所示，首先，初始化實驗裝置(步驟S301)，包括由計算機(17)控制第二 驅(qū)動器(19)分別轉(zhuǎn)動起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)、補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)、檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺 (14)，從而改變起偏器(6)、補償器(8)、檢偏器(13)的光軸方向，使得起偏器(6)與補償器 ⑶的光軸方向夾角為a度，起偏器⑶與檢偏器(13)的光軸夾角為3度。當初始化校正完成后，設(shè)定I = 0以及N的值(步驟S302)。隨后，計算機(17)通過圖像采集卡(20)記錄面陣探測器(16)的橢偏圖像信號 (步驟 S303)。計算機(17)控制第一驅(qū)動器(18)使得磁光調(diào)制器(12)出射光偏振方向相對于 當前偏振方向旋轉(zhuǎn)360/N度，并設(shè)定I = 1+1(步驟S304)。然后，判斷當前磁光調(diào)制器(12)的旋轉(zhuǎn)出射光偏振方向次數(shù)I是否小于N(步驟 S305)若“是”，則返回到步驟S303，計算機(17)通過圖像采集卡(20)記錄面陣探測器 (16)的橢偏圖像信號，并控制第一驅(qū)動器(18)使得磁光調(diào)制器(12)出射光偏振方向相 對于當前偏振方向旋轉(zhuǎn)360/N度，并設(shè)定I = 1+1 (步驟S304)，繼續(xù)判斷I是否小于N ；若 “否”，則計算機(17)控制第一驅(qū)動器(18)停止驅(qū)動磁光調(diào)制器(12)(步驟S306)。然后， 整個測量過程結(jié)束。在測量完成后，采用橢偏測量數(shù)據(jù)處理的擬合算法對測得的N張橢偏圖像進行處 理，即可得到樣品表面薄膜厚度分布的形貌圖。本實驗裝置的測量原理如下橢圓偏振測量法的基本原理為
& ==t ejA()其中，RP和Rs為經(jīng)樣品表面反射后反射系數(shù)的p分量和s分量的復(fù)振幅；tanp表 示反射系數(shù)P分量和s分量的振幅之比；△表示兩分量的相位差少和△被稱為橢偏參量， 是橢偏儀直接測得的參數(shù)；P為樣品的橢圓函數(shù)。對于圖1所示的單層薄膜待測樣品，測量基底(22)上的薄膜(21)的厚度和折射 率。橢圓函數(shù)P與薄膜的折射率、消光系數(shù)和膜層厚度滿足如下關(guān)系p = f(n0，n” n2，k0，k2，d” 入，0)(2)其中，n0,叫，n2分別為入射空氣層、薄膜層(21)和基底層(22)的折射率，k0, k” k2分別為入射空氣層、薄膜層(21)和基底層(22)的消光系數(shù)，屯為薄膜層(21)的膜層厚 度，、為入射光波長，e為入射角度。橢偏儀測得橢偏參量^和A后，通過數(shù)值反演計算 可以求出待測樣品的厚度、折射率等參數(shù)。磁光調(diào)制器的工作原理如圖2所示。若有一束線偏振光沿磁光晶體(25)的軸線 方向傳播，利用調(diào)制電源(26)在纏繞于磁光晶體(25)的線圈上加載電流，從而在垂直于光 的傳播方向上產(chǎn)生直流磁場，出射光的偏振方向?qū)D(zhuǎn)一個角度Y度，這種現(xiàn)象稱為磁 光效應(yīng)。實驗表明，磁光效應(yīng)滿足如下規(guī)律y = V1B(3)其中，Y為光波偏振方向旋轉(zhuǎn)的角度，V是韋爾代(Verdet)常量，1是磁光晶體(25)長度，B是磁感應(yīng)強度。通過調(diào)制電源(26)改變線圈上的電流來改變磁感應(yīng)強度B， 從而可以改變光波偏振方向旋轉(zhuǎn)的角度Y。本發(fā)明實驗裝置測量時，固定起偏器(6)，補償器(8)，檢偏器(13)的光軸方向， 其中起偏器與補償器光軸夾角為a度，起偏器與檢偏器光軸夾角為3度。經(jīng)磁光調(diào)制器 (12)對接收光進行I次旋轉(zhuǎn)偏振方向調(diào)制后，其偏振方向變化= 0，1，L，N_1)度，對 應(yīng)的面陣探測器接收到的光強信號為IJ^y) (I = 0，1，L，N_1)，其中(x，y)為面陣探測器 所對應(yīng)的像元坐標。由此可以得到IJx，y)的表達式的形式為 其中，G為系統(tǒng)光強增益，G，a和0均為常數(shù)，Ij^y)和Y工均為可測量量，tanp 和A均為待測量。測量前首先建立待測樣品表面薄膜的物理模型，包括薄膜層數(shù)、材料和縱向分布 信息，根據(jù)公式(4)采用迭代算法計算tanp和△，建立評價函數(shù)為 其中，<和A*為根據(jù)已建立的待測樣品表面薄膜相關(guān)參數(shù)的模型的計算值，仍和 Ai*單次測量值。當RSS取最小值時，迭代算法停止，即得到了 ^和A的最優(yōu)解，再通過公 式(1)和(2)即可得到薄膜的厚度和折射率信息。本發(fā)明裝置入射光和接收光的光斑尺寸可調(diào)，面陣探測器(16)的每個像元(x，y) 均可檢測到光強信號IJx，y)并以電信號形式輸出。面陣探測器(16)的感光面與待測樣 品的被探測區(qū)域相對應(yīng)，由于面陣探測器(16)的像元數(shù)量多、尺寸小并以陣列形式排列， 所以可以獲得比傳統(tǒng)單點測量橢偏儀更高的細節(jié)分辨能力。此外，本發(fā)明裝置采用步進電 機旋轉(zhuǎn)起偏器、補償器和檢偏器的光軸在測量開始前對裝置參數(shù)進行校正。測量時，固定起 偏器、補償器和檢偏器的光軸位置，第一驅(qū)動器(18)通過控制磁光調(diào)制器(12)的調(diào)制電源
(26)的輸出電流值，而控制磁光調(diào)制器(12)的出射光的偏振方向，面陣探測器(16)記錄光 強信號lAy)。本發(fā)明裝置采用磁光調(diào)制器取代傳統(tǒng)步進電機轉(zhuǎn)動起偏器、補償器或檢偏器光軸 的方法來實現(xiàn)橢偏圖像的采集，步進電機轉(zhuǎn)動起偏器、補償器或檢偏器光軸只作為測量開 始前的裝置校正。采用磁光調(diào)制器改變接收光的偏振方向可以得到比機械式旋轉(zhuǎn)起偏器、 補償器或檢偏器光軸更高的偏振方向控制精度和重復(fù)精度，而且磁光調(diào)制器的調(diào)制速度快 提高了測量速度。本發(fā)明裝置的校準、測量和計算過程都由計算機控制，可以對待測樣品進 行自動測量，直接生成待測樣品厚度分布圖。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的實施例的薄膜厚度測量裝置；本實施例與 圖1所示實施例的不同之處在于磁光調(diào)制器(12)位于起偏器(6)與補償器(7)之間的光 路中。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的薄膜厚度測量裝置；本實施例與圖所示 的實施例的不同之處在于磁光調(diào)制器(12)位于補償器(7)與被測對象(薄膜(21))之間 的光路中。應(yīng)當理解的是，在以上敘述和說明中對本發(fā)明所進行的描述只是說明而非限定性的，且在不脫離如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的前提下，可以對上述實施例進行各種 改變、變形、和/或修正。
權(quán)利要求
一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀，包括沿著一條光路依次設(shè)置的光源(4)，用于發(fā)出照射待測對象的單頻率光；準直擴束裝置(5)，用于對所述光源(4)發(fā)出的光進行準直和擴束；起偏器(6)，用于把所述準直擴束裝置(5)輸出的任意偏振態(tài)的光轉(zhuǎn)變成線偏振光；檢偏器(13)，用于改變所接收的來自所述待測對象的光的偏振方向，并輸出線偏振光；其特征在于所述成像橢偏儀進一步包括一個磁光調(diào)制器(12)，所述磁光調(diào)制器(12)被設(shè)置在所述光路位于所述起偏器(6)與所述檢偏器(13)之間的部分上，用于將入射所述磁光調(diào)制器(12)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橢偏儀，其特征在于 所述磁光調(diào)制器(12)進一步包括一個磁光晶體(25)，所述磁光晶體(25)被設(shè)置在所述光路位于所述起偏器(6)與所述 檢偏器(13)之間的部分上，磁光晶體(25)的軸線沿著所述光路， 圍繞所述磁光晶體(25)的一個線圈，以及 一個調(diào)制電源(26)，用于給所述線圈加載電流， 所述橢偏儀進一步包括一個第一驅(qū)動器(18)，用于控制所述調(diào)制電源(26)加載到所述線圈上的所述電流的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像橢偏儀，其特征在于進一步包括 一個成像系統(tǒng)(15)，其被設(shè)置在所述檢偏器(13)下游的所述光路上，一個面陣探測器(16)，其被設(shè)置在所述成像系統(tǒng)(15)下游的所述光路上， 一個起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)，用于使所述起偏器(6)的光軸在與所述光路垂直的一個 平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；一個補償器(8)，用于在相互垂直的兩個偏振方向上產(chǎn)生一個相位延遲，從而將線偏振 光變成橢圓偏振光，其中所述補償器(8)的光軸方向與所述起偏器(6)的光軸方向有一個 夾角 a 且 0° < a < 90°，一個補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)，用于使所述補償器(7)的光軸在與所述光路垂直的一個 平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；一個檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(14)，用于使所述檢偏器(13)的光軸在與所述光路垂直的一 個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；一個第二驅(qū)動器(19)，用于控制所述起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)、補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)和 檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(14)的轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橢偏儀，其特征在于所述磁光調(diào)制器(12)被設(shè)置在以下兩個 位置之一所述光路從所述起偏器(6)到所述補償器(8)的部分， 所述光路從所述所述補償器(8)到所述檢偏器(13)的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橢偏儀，其中所述光源(4)包括一個激光器，其特征在于進一 步包括一個入射光闌(10)，用于改變沿著所述光路照向所述待測對象的光束的尺寸； 一個出射光闌(11)，用于改變沿著所述光路來自所述待測對象的光束的尺寸； 一個圖像采集卡(20)，用于將所述面陣探測器(16)的輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 電信號；一個計算機(17)，用于控制所述第一驅(qū)動器(18)和所述第二驅(qū)動器(19)并接收和處 理來自所述圖像采集卡(20)的所述數(shù)字電信號。
6.一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀測量方法，包括利用一個準直擴束裝置(5)對一個光源(4)發(fā)出的光進行準直和擴束； 利用一個起偏器(6)把所述準直擴束裝置(5)輸出的任意偏振態(tài)的光轉(zhuǎn)變成線偏振光；利用一個檢偏器(13)改變所接收的來自所述待測對象的光的偏振方向，并輸出線偏 振光；其特征在于進一步包括利用設(shè)置在所述光路位于所述起偏器(6)與所述檢偏器(13)之間的部分上的一個磁 光調(diào)制器(12)，將沿著所述光路入射所述磁光調(diào)制器(12)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量方法，其中所述磁光調(diào)制器(12)包括一個磁光晶體 (25)，且其特征在于所述將沿著所述光路入射所述磁光調(diào)制器(12)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)一定的角度的步 驟包括把所述磁光晶體(25)設(shè)置在所述光路位于所述起偏器(6)與所述檢偏器(13)之間的 部分上，使所述磁光晶體(25)的軸線沿著所述光路，以及利用一個調(diào)制電源(26)給圍繞所述磁光晶體(25)的一個線圈加載電流， 且所述測量方法進一步包括利用一個第一驅(qū)動器(18)控制所述調(diào)制電源(26)加載到所述線圈上的所述電流的大
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量方法，其特征在于進一步包括 用一個成像系統(tǒng)(15)對所述檢偏器(13)下游的所述光路上的光束進行成像， 利用一個面陣探測器(16)接收所述成像系統(tǒng)(15)所成的像，并將接收到的像的二維 空間光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出；利用一個起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)使所述起偏器(6)的光軸在與所述光路垂直的一個平 面內(nèi)轉(zhuǎn)動；利用一個補償器(8)在相互垂直的兩個偏振方向上產(chǎn)生一個相位延遲，從而將線偏振 光變成橢圓偏振光，其中所述補償器(8)的光軸方向與所述起偏器(6)的光軸方向有一個 夾角a且0° < a <90°，利用補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)使所述補償器(7)的光軸在與所 述光路垂直的一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；利用一個檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(14)使所述檢偏器(13)的光軸在與所述光路垂直的一個 平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；利用一個第二驅(qū)動器(19)控制所述起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)、補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)和檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(14)的轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于所述磁光調(diào)制器(12)被設(shè)置在以下兩 個位置之一所述光路從所述起偏器(6)到所述補償器(8)的部分， 所述光路從所述補償器(8)到所述檢偏器(13)的部分， 且所述測量方法進一步包括利用一個入射光闌(10)改變沿著所述光路照向所述待測對象的光束的尺寸； 利用一個出射光闌(11)改變沿著所述光路來自所述待測對象的光束的尺寸； 利用一個圖像采集卡(20)將所述面陣探測器(16)的輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號；利用一個計算機(17)控制所述第一驅(qū)動器(18)和所述第二驅(qū)動器(19)并接收和處 理來自所述圖像采集卡(20)的所述數(shù)字電信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任何一項所述的測量方法，其中所述光源(4)包括一個激光 器，其特征在于進一步包括初始化實驗裝置(步驟S301)，包括由所述計算機(17)控制第二驅(qū)動器(19)分別轉(zhuǎn) 動起偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(7)、補償器旋轉(zhuǎn)控制臺(9)、檢偏器旋轉(zhuǎn)控制臺(14)，從而改變起偏 器(6)、補償器(8)、檢偏器(13)的光軸方向，使得起偏器(6)與補償器(8)的光軸方向夾 角為a度，起偏器(8)與檢偏器(13)的光軸夾角為0度； 設(shè)定I = 0以及N的值(步驟S302)；用所述計算機(17)通過所述圖像采集卡(20)記錄面陣探測器(16)的橢偏圖像信號 (步驟 S303)；用所述計算機(17)控制第一驅(qū)動器(18)，使得磁光調(diào)制器(12)出射光偏振方向相對 于當前偏振方向旋轉(zhuǎn)360/N度，并設(shè)定I = 1+1(步驟S304)；判斷當前磁光調(diào)制器(12)的旋轉(zhuǎn)出射光偏振方向次數(shù)I是否小于N(步驟S305)，且 若“是”，則返回到步驟S303，計算機(17)通過圖像采集卡(20)記錄面陣探測器(16) 的橢偏圖像信號，并控制第一驅(qū)動器(18)使得磁光調(diào)制器(12)出射光偏振方向相對于當 前偏振方向旋轉(zhuǎn)360/N度，并設(shè)定I = 1+1 (步驟S304)；若“否”，則計算機(17)控制第一驅(qū)動器(18)停止驅(qū)動磁光調(diào)制器(12)(步驟S306)。
全文摘要
一種基于磁光效應(yīng)的成像橢偏儀涉及一種薄膜厚度的測量方法和裝置，特別涉及應(yīng)用于對樣品表面納米尺度薄膜厚度分布進行觀測的方法和裝置。其特征在于采用透光軸方向可旋轉(zhuǎn)的起偏器、補償器和檢偏器對系統(tǒng)進行校正，采用磁光調(diào)制技術(shù)改變接收光的偏振方向，采用面陣探測器記錄樣品表面薄膜的橢偏圖像，采用迭代算法對數(shù)據(jù)進行處理，精確測量樣品表面薄膜形貌參數(shù)。它有效解決了現(xiàn)有方法的不足，提高了接收光偏振態(tài)檢測精度，提高了測量速度。
文檔編號G01N13/00GK101852591SQ201010033720
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者吳學(xué)健, 張繼濤, 李巖 申請人:清華大學(xué)