為，當(dāng)在等式3至5中偏振器的偏振角P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(2P)的項(xiàng)和sin(2P)的項(xiàng)。因此，針對(duì)任何樣品 的穆勒矩陣的元素由針對(duì)掃描光學(xué)元件的偏振角P的傅立葉系數(shù)的元素給出如下：
[0207] 將參照?qǐng)D9和圖10描述根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆 勒矩陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0208] 根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀進(jìn) 一步包括第二偏振器150,其在入射光100的軸線上設(shè)置在光源110和以恒定速度旋轉(zhuǎn)的偏 振器130之間，使得它包括三個(gè)線性偏振器。
[0209] 在這種情況下，分析器330可被選作掃描光學(xué)元件，如圖9所示，或新添加的第二偏 振器150可被選作掃描光學(xué)元件，如圖10所示，掃描光學(xué)元件具有可由計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控 制并在測(cè)量時(shí)在設(shè)定位置處停止的偏振角。
[0210] 此外，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振 儀可從當(dāng)使用等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法被使用時(shí)的實(shí)驗(yàn)獲得針對(duì)樣品200的 穆勒矩陣的九個(gè)元素的值。為了方便其結(jié)果被省略。
[0211] 將參照?qǐng)D11和圖12描述根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的 穆勒矩陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0212] 根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀進(jìn) 一步包括第二分析器350,其在反射光(或透射光)300的軸線上設(shè)置在以恒定速度旋轉(zhuǎn)的分 析器330和光檢測(cè)器320之間，使得它包括三個(gè)線性偏振器。
[0213] 在這種情況下，偏振器130可被選作掃描光學(xué)元件，如圖11所示，或新添加的第二 分析器350可被選作掃描光學(xué)元件，如圖12所示，掃描光學(xué)元件具有可由計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地 控制并在測(cè)量時(shí)在設(shè)定位置處停止的偏振角。
[0214] 從當(dāng)使用等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法被使用時(shí)的實(shí)驗(yàn)可獲得針對(duì)樣品 的穆勒矩陣的九個(gè)元素的值。為了方便其結(jié)果被省略。
[0215] 將參照?qǐng)D13和圖14說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的 穆勒矩陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0216] 在根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，偏振修改單元包括:偏振器130,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； 以及第一補(bǔ)償器140,其為具有附著到中空軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的相位延遲器的組件，且偏振分 析單元包括分析器330,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。
[0217] 此外，第一補(bǔ)償器140可在測(cè)量時(shí)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)偏振器130和分析器330可 在測(cè)量時(shí)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控制步進(jìn)電機(jī)以指定的偏振角停止。
[0218] 在這種情況下，分析器330可被選作掃描光學(xué)元件，如圖13所示，或偏振器130可被 選作掃描光學(xué)元件，如圖14所示，且可從當(dāng)使用等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法被使 用時(shí)的實(shí)驗(yàn)獲得針對(duì)樣品的穆勒矩陣的十二個(gè)元素的值。為了方便其結(jié)果被省略。
[0219]將參照?qǐng)D15和圖16說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的 穆勒矩陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0220] 在根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，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，且偏振分析單元由第二補(bǔ)償器340和分析器330配置，第二補(bǔ)償器340為具有附著到中空 軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的相位延遲器的組件，分析器330為具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的線性偏 振器的組件。
[0221] 此外，第二補(bǔ)償器340可在測(cè)量時(shí)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)偏振器130和分析器330可 在測(cè)量時(shí)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控制步進(jìn)電機(jī)以指定的偏振角停止。
[0222] 在這種情況下，分析器330可被選作掃描光學(xué)元件，如圖15所示，或偏振器130可被 選作掃描光學(xué)元件，如圖16所示，且可從當(dāng)使用等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法被使 用時(shí)的實(shí)驗(yàn)獲得針對(duì)樣品的穆勒矩陣的十二個(gè)元素的值。為了方便其結(jié)果被省略。
[0223] 將參照?qǐng)D17描述根據(jù)本發(fā)明的第七示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩 陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0224] 在根據(jù)本發(fā)明的第七示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，偏振修改單元由偏振器130和第一補(bǔ)償器140配置，偏振器130為具有附著到中空軸步進(jìn) 馬達(dá)的線性偏振器的組件，第一補(bǔ)償器140為具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的相位延遲器的 組件，且偏振分析單元由第二補(bǔ)償器340和分析器330配置，第二補(bǔ)償器340為具有附著到中 空軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的相位延遲器的組件，分析器330為具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的線性 偏振器的組件。
[0225] 此外，第二補(bǔ)償器340可在測(cè)量時(shí)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)偏振器130、第一補(bǔ)償器 140和分析器330可在測(cè)量時(shí)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控制步進(jìn)電機(jī)以指定的偏振角停 止。
[0226] 在這種情況下，當(dāng)如圖17所示第一補(bǔ)償器140被選作掃描光學(xué)元件時(shí)，可利用使用 等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法獲得針對(duì)樣品的穆勒矩陣的全部十六個(gè)元素。然而， 當(dāng)在圖17中偏振器130或分析器330被選作掃描光學(xué)元件時(shí)，為針對(duì)樣品的穆勒矩陣的一些 元素的僅十二個(gè)元素可從測(cè)量中獲得。為了方便其結(jié)果被省略。
[0227] 將參照?qǐng)D14描述根據(jù)本發(fā)明的第八示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩 陣橢圓偏振儀的核心組件。
[0228] 在根據(jù)本發(fā)明的第八示例性實(shí)施例的光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振儀 中，偏振修改單元由偏振器130和第一補(bǔ)償器140配置，偏振器130為具有附著到中空軸步進(jìn) 馬達(dá)的線性偏振器的組件，第一補(bǔ)償器140為具有附著到中空軸勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的相位延遲 器的組件，且偏振分析單元由第二補(bǔ)償器340和分析器330配置，第二補(bǔ)償器340為具有附著 到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的相位延遲器的組件，分析器330為具有附著到中空軸步進(jìn)馬達(dá)的線性 偏振器的組件。
[0229] 此外，第一補(bǔ)償器140可在測(cè)量時(shí)以恒定速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)偏振器130、第二補(bǔ)償器 340和分析器330可在測(cè)量時(shí)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)620遠(yuǎn)程地控制步進(jìn)電機(jī)以指定的偏振角停 止。
[0230] 在這種情況下，當(dāng)如圖18所示第二補(bǔ)償器340被選做掃描光學(xué)元件時(shí)，可利用使用 等式6到14建立聯(lián)立等式的求解的方法獲得針對(duì)樣品的穆勒矩陣的全部十六個(gè)元素。然而， 當(dāng)在圖18中偏振器130或分析器330被選作掃描光學(xué)元件時(shí)，為針對(duì)樣品的穆勒矩陣的一些 元素的僅十二個(gè)元素可從測(cè)量中獲得。在圖18中的單補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的穆勒矩陣橢圓偏振 儀中，當(dāng)?shù)谝谎a(bǔ)償器140被選作勻速旋轉(zhuǎn)光學(xué)元件且第二補(bǔ)償器340被選作掃描光學(xué)元件 時(shí)，針對(duì)由光檢測(cè)器測(cè)量的光強(qiáng)度的等式可被表示為如下：
[0232]在此，針對(duì)第一補(bǔ)償器140的偏振角心的傅立葉系數(shù)可由針對(duì)由于為掃描光學(xué)元 件的第二補(bǔ)償器340的偏振角的偏振角C2的傅立葉系數(shù)表示如下：
[0236]在此，針對(duì)對(duì)于掃描光學(xué)元件的偏振角的傅立葉系數(shù)如下：

[0262] 針對(duì)第二補(bǔ)償器340的偏振角的共二十五個(gè)傅立葉系數(shù)通過(guò)針對(duì)穆勒矩陣的十六 個(gè)元素的線性等式提供。
[0263] 因此，當(dāng)它們中的十六個(gè)或更多個(gè)線性等式被選擇且聯(lián)立等式的求解被建立時(shí)， 穆勒矩陣的所有元素可被獲得。通過(guò)該方法獲得的穆勒矩陣的元素的一個(gè)求解如下：

[0280] 當(dāng)如上所述的方法被應(yīng)用到其它示例性實(shí)施例時(shí)，可分別獲得用于針對(duì)樣品的穆 勒矩陣的元素的等式。
[0281] 在根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀中，為由電荷耦合器件(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)、光電二極管元件等形成的并且包括以線性結(jié)構(gòu)或者二維平面結(jié)構(gòu)設(shè)置的多個(gè)像素 的光檢測(cè)器中的一個(gè)的分光儀可被選擇或由光電倍增管(PMT)、光電二極管等形成的光檢 測(cè)器可被選擇作為光檢測(cè)器。光檢測(cè)器可包括選擇性地附著和使用到其以根據(jù)溫度減小測(cè) 量誤差的冷卻設(shè)備。
[0282] 根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括遠(yuǎn)程光源屏蔽設(shè)備，其在光的移動(dòng)路徑上被設(shè)置 在光源之后，并且可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制屏蔽從光源輻射到樣品的光。
[0283] 在根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀中，光源110可以是氙燈、鎢鹵燈、氘燈、通過(guò)光纖從燈 中發(fā)射的光的傳輸、氣體激光器、激光二極管等。
[0284] 在半導(dǎo)體工業(yè)的情況下，由于樣品中的待測(cè)量的區(qū)域的尺寸為非常小的約幾十微 米，所以允許入射光100被聚焦在樣品200的局部區(qū)域上的聚焦光學(xué)系統(tǒng)可被安裝在樣品 200前面的路徑上，并且可選擇性地包括由樣品200反射或透射的光再次變化為平行光的瞄 準(zhǔn)儀。在此，聚焦光學(xué)系統(tǒng)和瞄準(zhǔn)儀可包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡，包括由非均質(zhì)材料構(gòu)成的一 個(gè)或多個(gè)透鏡，或包括含有一個(gè)或多個(gè)反射鏡和一個(gè)或多個(gè)透鏡以便校正針對(duì)寬帶波長(zhǎng)的 色差的光學(xué)系統(tǒng)，并且可使用涂覆有單層薄膜或多層薄膜以提高透射或反射效率的透鏡或 反射鏡。
[0285] 根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括:樣品臺(tái)，用于設(shè)置樣品200并改變測(cè)量位置;6個(gè) 自由度(DOF)系統(tǒng)，其中在高度方向和寬度方向上3個(gè)DOF的平行移動(dòng)是可能的，具有2個(gè)DOF 的傾斜調(diào)節(jié)是可能的，并且包括旋轉(zhuǎn)功能；以及真空吸盤(pán)，用于在測(cè)量時(shí)在樣品支撐部上保 持樣品處于停止?fàn)顟B(tài)。
[0286] 根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括:樣品設(shè)置系統(tǒng)，其包括用于設(shè)置樣品的發(fā)射光 的激光器;光學(xué)系統(tǒng)，其允許從激光器發(fā)射的光以特定方向入射到樣品上；以及光檢測(cè)器， 收集關(guān)于入射光的由樣品反射的光并且檢測(cè)所收集的光的位置，以便設(shè)置用于測(cè)量的樣 品。
[0287] 為了降低由于測(cè)量環(huán)境的變化產(chǎn)生的誤差，根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括允許 光路處于如氮門(mén)、氬氣等大氣狀態(tài)中的用于測(cè)量寬帶波形的設(shè)備，可安裝在阻尼系統(tǒng)上以 減小由于系統(tǒng)的振動(dòng)和測(cè)量環(huán)境產(chǎn)生的影響，并且可包括用于減少由于關(guān)于光源、光學(xué)元 件、樣品及光檢測(cè)器的溫度變化的測(cè)量誤差的恒溫系統(tǒng)。
[0288] 特別地，在半導(dǎo)體工業(yè)等情況下，在快速的時(shí)間內(nèi)測(cè)量多個(gè)晶片樣品是很重要的。 為此，根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括能夠存儲(chǔ)樣品的樣品存儲(chǔ)容器和樣品運(yùn)輸設(shè)備，其 連續(xù)地將樣品一個(gè)接一個(gè)地從樣品存儲(chǔ)容器取出并將樣品移動(dòng)到樣品臺(tái)以測(cè)量樣品的物 理性質(zhì)，并且當(dāng)針對(duì)指定點(diǎn)的測(cè)量完成時(shí)將位于樣品臺(tái)上的樣品再一次運(yùn)輸?shù)綐悠反鎯?chǔ)容 器。
[0289] 優(yōu)選的是獲得穆勒矩陣的測(cè)量的元素的測(cè)量數(shù)據(jù)，建立針對(duì)樣品的光學(xué)理論等 式，獲得關(guān)于建立的理論等式使用針對(duì)設(shè)定區(qū)域的多個(gè)未知參數(shù)計(jì)算的穆勒矩陣的元素的 數(shù)據(jù)，以及使用最小二乘算法從由計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行關(guān)于測(cè)量數(shù)據(jù)的優(yōu)化，以獲得樣品 的物理性質(zhì)。
[0290] 根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可從測(cè)量的傅立葉系數(shù)和測(cè)量的穆勒矩陣的元素分析 樣品的各種物理性質(zhì)如接口性質(zhì)、薄膜的厚度、復(fù)雜的折射率、納米形狀(nano shape)、各 向異性性質(zhì)、表面粗糙度、成分比例、結(jié)晶度等，并可在用于半導(dǎo)體元件加工的測(cè)量?jī)x器、用 于平板顯示器加工的測(cè)量?jī)x器、太陽(yáng)能元件的測(cè)量?jī)x器、薄膜光學(xué)測(cè)量?jī)x器、生物傳感器或 氣體傳感器等中使用。
[0291] 特別地，在非常復(fù)雜的物理性能分析方法中，諸如在根據(jù)本發(fā)明的多通道光譜橢 圓偏振儀中的納米圖案的形狀的測(cè)量中，獲得要被測(cè)量的傅立葉系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)或針對(duì)樣 品的穆勒矩陣的元素，建立針對(duì)樣品的光學(xué)理論等式，關(guān)于建立的理論等式獲得使用在設(shè) 定區(qū)域中確定的多個(gè)未知參數(shù)計(jì)算的傅立葉系數(shù)的數(shù)據(jù)或穆勒矩陣的元素，關(guān)于計(jì)算的數(shù) 據(jù)創(chuàng)建針對(duì)未知參數(shù)的連續(xù)函數(shù)，并且關(guān)于測(cè)量數(shù)據(jù)使用最小二乘算法優(yōu)化連續(xù)函數(shù)，以 獲得樣品的物理性質(zhì)。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的橢圓偏振儀可包括大容量高速計(jì)算系 統(tǒng)，其配置有高性能并行計(jì)算機(jī)、基于嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)算法的分析軟件和大容量的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便從傅立葉系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)或針對(duì)樣品測(cè)量的穆勒矩陣的元素快速得到樣品 的物理性質(zhì)。