00:樣品
[0105] 210:針對可測量的樣品的穆勒矩陣的元素
[0106] 220:針對不可測量的樣品的穆勒矩陣的元素
[0107] 300:反射光(或透射光）
[0108] 320:光檢測器
[0109] 330 :分析器 [0110] 340:第二補(bǔ)償器
[0111] 350:第二分析器
[0112] 500:入射面
[0113] 510:參考軸
[0114] 520:偏振器中的線性偏振器的透射軸 [0115] 530:第一補(bǔ)償器的相位延遲器的快軸
[0116] 540:第二補(bǔ)償器的相位延遲器的快軸
[0117] 550:分析器中的線性偏振器的透射軸
[0118] 610:計(jì)算裝置
[0119] 620:計(jì)算機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0120] 在下文中，示例性實(shí)施例將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，以便它們可以容易地由本發(fā) 明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)施。然而，在描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的操作原理時(shí)，眾所周知 的功能或構(gòu)造的詳細(xì)描述將被省略，以便不會不必要地混淆本發(fā)明的要旨。
[0121]此外，在整個(gè)附圖中執(zhí)行類似的功能和動作的部件將用相同的參考數(shù)字表示。另 外，除非另外明確說明，否則"包括"任何組件將被理解為隱含包含其它組件但不排除任何 其它組件。
[0122] 在下文中，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振 儀的配置和功能將被描述。首先，圖6和圖8至圖18為示意性地示出根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)上述目的 的本發(fā)明的單光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀的配置的視圖。
[0123] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀被配置為包括光源、偏振 修改單元、樣本、偏振分析單元、光檢測器、計(jì)算裝置和計(jì)算機(jī)。
[0124] 偏振修改單元或偏振分析單元安裝有多個(gè)光學(xué)元件。
[0125] 光學(xué)元件是在以恒定速度旋轉(zhuǎn)的勻速光學(xué)元件和在測量時(shí)停止的剩余光學(xué)元件 中選擇的一種光學(xué)元件，并包括移動到在多個(gè)指定的偏振角中連續(xù)選擇的偏振角的掃描光 學(xué)元件。
[0126] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀包括:計(jì)算裝置，從傅立 葉系數(shù)中計(jì)算針對樣品的穆勒矩陣的元素，每個(gè)傅立葉系數(shù)被測量用于針對掃描光學(xué)元件 的多個(gè)偏振角；以及計(jì)算機(jī)，能夠?qū)⒛吕站仃嚨挠?jì)算的元素的值存儲為數(shù)據(jù)文件。
[0127]在假定光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀不存在錯(cuò)誤的情況下，針對由光 檢測器測量為例如電壓或者電流的電信號的光強(qiáng)度的關(guān)于任何波長及任何入射角的理論 等式為下列等式2。
[0130] Io:光強(qiáng)度的平均值(或也被稱為0次傅立葉系數(shù))的理論等式
[0131] An，Bn:傅立葉系數(shù)的理論等式
[0132] ω :勻速光學(xué)元件的角速度
[0133] Ν:不為零的傅立葉系數(shù)中最高次的次數(shù)
[0134] 可由根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的橢圓偏振儀測量的傅立葉系數(shù)元素 的數(shù)在單偏振器旋轉(zhuǎn)類型和單分析器旋轉(zhuǎn)類型的情況下為三個(gè)，如1〇、如和出，并且在單補(bǔ) 償器旋轉(zhuǎn)類型的情況下為五個(gè)，如1〇、知^和8 4，當(dāng)為未知量的最終應(yīng)該由使用兩組橢圓 偏振儀的實(shí)驗(yàn)獲得的穆勒矩陣的元素的數(shù)分別為九個(gè)和十二個(gè)，其大于被測量的值的數(shù)。 因此，穆勒矩陣的元素的值可能不能使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的橢圓偏振 儀從針對傅立葉系數(shù)的被測量的值中計(jì)算。
[0135] 當(dāng)為了改變偏振角在測量傅立葉系數(shù)時(shí)在任意偏振角處停止的光學(xué)元件中選擇 的一個(gè)光學(xué)元件即掃描光學(xué)元件的偏振角由9S表示時(shí)，傅立葉系數(shù)的理論等式可由0 3的函 數(shù)表示如下。
[0139]在此，（dr，An,r，Bn, r;n=l，…，N，r = 0,1，…，2R)為針對掃描光學(xué)元件的偏振角的 傅立葉系數(shù)，被作為針對樣品的穆勒矩陣的元素及除了掃描光學(xué)元件的其它停止的光學(xué)元 件的偏振角的函數(shù)給出，且為不依賴于θ 8的函數(shù)，且R為不為零的(心沭^心^的傅立葉系 數(shù)中最高次的次數(shù)。
[0140]因此，當(dāng)每個(gè)傅立葉系數(shù)關(guān)于針對掃描光學(xué)元件任意選擇的多個(gè)偏振角~被測量 時(shí)，（(11^11,1^1^，11=1，"，1^ = 0，1，"，21〇的值可以從其計(jì)算。
[0141]例如，當(dāng)針對勻速旋轉(zhuǎn)的光學(xué)元件的偏振角的變化的光強(qiáng)度的波形的傅立葉系數(shù) [Io(9s,j)，An(0s,j)，Bn(0 s,j) :n=l，…，N, j = l，···，J]在以下狀態(tài)下進(jìn)行測量時(shí)，該狀態(tài)為2π 的掃描光學(xué)元件的偏振角以相同間隔被分開J次并且掃描光學(xué)元件移動到并停在各偏振角 位置[9s,j = 23T( j-l)/J, (j = l，…，J)]，針對掃描光學(xué)元件的方位的傅立葉系數(shù)(dr，An,r， Bn,r:η = 1，…，N，r = 0，1，…，2R)的值可使用如下離散傅立葉變換從針對勻速旋轉(zhuǎn)的光學(xué)元 件的偏振角的變化的光強(qiáng)度的波形的傅立葉系數(shù)的測量的值簡單地獲得。
[0151] 將參照圖6描述根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣 橢圓偏振儀的核心組件。
[0152] 偏振修改單元由偏振器130配置，其為具有附著到中空軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的線性偏 振器的組件。
[0153] 偏振分析單元由分析器330配置，其是具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的線性偏振器 的組件。
[0154] 偏振器130在測量時(shí)可以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)分析器330可在測量時(shí)通過使用計(jì)算 機(jī)620遠(yuǎn)程控制步進(jìn)馬達(dá)停在設(shè)定偏振角處。
[0155] 根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀包 括:光源110，設(shè)置在入射光100的線上;偏振器130，設(shè)置在入射光100的線上，設(shè)置在偏振修 改單元中，為允許從光源110朝向樣品200平行射出的入射光100處于特定偏振狀態(tài)并且在 測量時(shí)以恒定速度旋轉(zhuǎn)的光學(xué)系統(tǒng);分析器330,設(shè)置在反射光(或透射光)300的線上，設(shè)置 在偏振分析單兀中，為分析反射光(或透射光)300的偏振狀態(tài)并在測量時(shí)以指定偏振角停 止的光學(xué)系統(tǒng)；光檢測器320,設(shè)置在反射光（或透射光)300的線上，并測量通過分析器330 的光的量作為例如電壓或電流的電信號；以及計(jì)算裝置610,設(shè)置在反射光(或透射光)300 的線上，且根據(jù)來自由光檢測器320測量的光強(qiáng)度信號的偏振器130的偏振角的變化測量并 存儲針對光強(qiáng)度信號波形的傅立葉系數(shù)。
[0156] 在此，附著到分析器330的中空軸步進(jìn)馬達(dá)使用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程控制以改變分析器 330的偏振角進(jìn)入另一個(gè)位置中，并保持分析器330處在停止?fàn)顟B(tài)中。
[0157]在改變的新的位置處測量針對光強(qiáng)度信號波形的傅立葉系數(shù)，并在計(jì)算裝置610 中存儲測量的傅立葉系數(shù)。
[0158]將分析器330的偏振角改變?yōu)樾碌奈恢?、測量針對光強(qiáng)度信號波形的傅立葉系數(shù) 及在計(jì)算裝置610中存儲測量的傅立葉系數(shù)的過程重復(fù)指定數(shù)量。
[0159] 針對樣品200的穆勒矩陣的元素210可使用計(jì)算裝置610從在分析器330的多個(gè)預(yù) 設(shè)偏振角處測量的傅立葉系數(shù)的數(shù)據(jù)集計(jì)算，作為文件被存儲為計(jì)算機(jī)620中，并在監(jiān)控器 的屏幕上顯示為圖畫，如果必要的話。
[0160] 圖7是用于在光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀中在測量反射類型時(shí)使用 的各個(gè)主要的光學(xué)元件的偏振角的定義的概念圖。
[0161] 在其上具有入射角Φ的入射光100的路徑和具有反射角Φ的反射光300的路徑呈 現(xiàn)在垂直于樣品200的表面的表面中的表面將被定義為入射面500,并且垂直于樣品200的 軸將被定義為參考軸510。
[0162] 在偏振器130中的線性偏振器的偏振器的線性偏振器的透射軸520和分析器330中 的線性偏振器的分析器中的線性偏振器的透射軸550的位置在基于入射面500在圖7中示出 的方向上測量的偏振角將分別由P和A表不。
[0163] 在第一補(bǔ)償器140中的相位延遲器的快軸530和第二補(bǔ)償器340中的相位延遲器的 快軸540的位置基于入射面500測量的偏振角將分別由&和&表示。
[0164] 在根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，等式2的傅立葉系數(shù)由三個(gè)聯(lián)立等式表示，其配置有總共十個(gè)未知量，即，go,Mn,M 21, M31，Ml2，M22，M32，Ml3，M23，M33，如以下等式：
[0165] I〇 = g〇[Mn+M2icos(2A)+M3isin(2A)], (15)
[0166] A2 = go[Mi2+M22C0s(2A)+M32sin(2A)], (16)
[0167] B2 = go[Mi3+M23C0s(2A)+M33sin(2A)], (17)
[0168] 可被理解為，當(dāng)在等式3至5中分析器的偏振角A被選為掃描光學(xué)元件的偏振角θ 時(shí)，各個(gè)等式的形式被分為dc元素的項(xiàng)、cos(2A)的項(xiàng)和sin(2A)的項(xiàng)。因此，針對掃描光學(xué) 元件的偏振角A的傅立葉系數(shù)的元素由如下九個(gè)聯(lián)立等式給出：
[0169] do = goMn, (18)
[0170] di = goM2i, (19)
[0171] d2 = goM3i， (20)
[0172] A2,o = goMi2, (21)
[0173] A2,i = goM22， (22)
[0174] A2,2 = goM32， (23)
[0175] B2,o = goMi3, (21)
[0176] B2,FgoM23, (22)
[0177] B2,2 = goM33, (23)
[0178] 因此，當(dāng)?shù)仁?8至23關(guān)于針對任意樣品的穆勒矩陣的元素被重新排列時(shí)，給出下 面的等式：
[0188]在此，go為可在以下狀態(tài)中使用實(shí)驗(yàn)被測量的物理量，在該狀態(tài)中在樣品200從橢 圓偏振儀移除之后光源、偏振修改單元、偏振分析單元和光檢測器被排列成一行，或任意樣 品的每一層的結(jié)構(gòu)及反射率值在任意入射角時(shí)都是已知的，與樣品的光學(xué)特性和在測量時(shí) 使用的測量設(shè)備相關(guān)聯(lián)。
[0189]當(dāng)go的值通過如上所述的方法已知時(shí)，在針對樣品的穆勒矩陣的共十六個(gè)元素中 的九個(gè)元素(1^;1，」=1，2,3)可使用等式24到32從測量中獲得。
[0190]此外，當(dāng)?shù)仁?5到32中的每一個(gè)除以等式24的元素 Mn時(shí)，由于穆勒矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化 的元素，例如mi2 = Ml2/Mll、mi3 = Ml3/Mll、Ι?21 =M2l/Mll、Ι?22 =M22/Mll、Ι?23 =M23/Mll、m31 =M3l/Mll、 Π132 =M32/Mll和Π133 =M33/Mll獨(dú)立于gQ的值，所以它們可以直接從測量中獲得。
[0191]將參照圖8描述根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣 橢圓偏振儀的核心組件。
[0192] 偏振修改單元由偏振器130配置，其為具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的線性偏振器 的組件，偏振分析單元由分析器330配置，其為具有附著到中空軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的線性偏振 器的組件，并且分析器330在測量時(shí)可以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)偏振器130可在測量時(shí)通過使 用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控制步進(jìn)馬達(dá)停以指定的偏振角停止。
[0193] 在根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，等式2的傅立葉系數(shù)由三個(gè)聯(lián)立等式表示，其配置有總共十個(gè)未知量，即go ,Mn ,M21 ,M31， Ml2，M22，M32，Ml3，M23，M33，如下所不：
[0194] I〇 = g〇[Mn+Mi2C0s(2P)+Mi3sin(2P)], (33)
[0195] A2 = go[M2i+M22C0s(2P)+M23sin(2P)], (34)
[0196] B2 = go[M3i+M32C0s(2P)+M33sin(2P)], (35)
[0197] 可被理解