[發明專利]一種用于橢偏測量中的光強調節方法和裝置

無效

• 申請號: 200710062961.5
• 申請日: 2007-01-23
• 公開（公告）號: CN101231238A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 孟永宏;靳剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/41;G01N21/01;G02B26/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 高存秀

技術領域

本發明涉及一種對探測光束的光強進行調節的方法和裝置，特別涉及一種在橢偏測量裝置中對探測光強進行調節的方法和裝置。

背景技術

橢偏測量術是用于納米薄膜表征的重要方法之一，它利用光波經表面反射前后偏振態的變化來探測樣品的信息，如折射率、厚度、表面粗糙度等。該技術具有兩個顯著的優點：(1)對樣品無擾動、無破壞性，因此可進行實時測量、離體乃至在體測量；(2)可達到原子層量級的測量靈敏度。因此，自從十九世紀該方法建立以來，尤其是二十世紀六十年代中期隨著微電子技術和自動化技術的發展，該方法已廣泛應用于微電子工業、表面材料和生物醫學等領域。可參考文獻〔1〕：R.M.A.Azzam?and?N.M.Bashara，Ellipsometry?and?Polarized?Light，1st?edition，Amsterdam：North-Holland?publishing?company，1977，及參考文獻〔2〕：Harland?G.Tompkins?and?Eugene?A.Irene，Handbook?of?ell?ipsometry，NewYork：William?Andrew?Inc..2005.

橢偏測量方法很多，通常是通過橢偏測量儀器得到樣品的橢偏參數(ψ和Δ)，然后通過對樣品建立的物理模型，采用數據擬合的方法得到樣品的特征參數，如膜層厚度、折射率等。橢偏測量儀器獲得橢偏參數最基本的方法是零橢偏測量方法(Null?Ellipsometry)，比較常用的方法有旋轉偏振器件的方法，如旋轉起偏器的RPE(Rotating?Polarizer?Ellipsometry)、旋轉檢偏器的RAE(RotatingAnalyzer?Ellipsometry)、旋轉補償器的RCE(Rotating?CompensatorEllipsometry)，此外還有相位調制方法PME(Phase?Modulation?Ellipsometry)等。在測量中，光強和探測器響應的匹配是一個基本問題。

這是由于探測器輸出的電信號與探測光的波長、光源的強度、入射角、系統偏振器件的設置、系統各光學器件的吸收系數、探測器的光譜響應等相關，因此，解決該問題成為儀器設計和使用中的基本問題之一。比如，在相同的系統設置下對不同的樣品測量時，由于層構樣品的差異，會導致到達探測器的光強太低而導致信噪比下降，或者由于光強太高而超出探測器的范圍產生飽和現象。或者對同一個樣品，當入射角度或光譜發生變化時，也會由于系統對樣品的光學響應、光源的能量光譜分布、或探測器的光譜響應產生探測到的光強太低或太高的現象。因此，根據橢偏測量系統對樣品的測量情況，為使測量結果處于最佳的信噪比，在測量過程中，必須對系統探測光束的光強進行調節。

解決該問題的常用的方法有：(1)在橢偏裝置中通過調節光源出射光的強度來調節進入光強，比如在光譜橢偏測量裝置中采用調節單色儀的入口或出口的光闌寬度來調節光強；(2)在入射光路中加入透過系數可變的濾光片；(3)調節光電探測器的電子增益，通過增益調節可以改變輸出信號，但該方法通常無法改善信噪比。因此，已有方法存在調節范圍小、難以精確的連續調節等不足。

發明內容

本發明的目的在于克服上述通常的調節范圍小、難以精確的連續調節、無法改善圖象的信噪比等缺陷；從而提供一種在原有橢偏測量裝置上設置一個偏振器件，通過改變與線性起偏器的方位角的夾角θ，而來獲得連續的大范圍的光強調節，即可在大范圍內對光強進行連續調節的裝置和進行調節的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明提供的用于橢偏測量中的光強調節裝置，包括：

一入射旋轉臂1，該入射旋轉臂1可圍繞中心軸進行旋轉，用于改變入射光軸與樣品20之間的夾角；

一樣品旋轉臺2和出射旋轉臂3，入射旋轉臂1的末端與出射旋轉臂3的前端重疊在一起，樣品旋轉臺2安置在其上并通過樣品旋轉臺2的軸將三者連接，樣品20安裝在樣品旋轉臺2上，樣品垂直于入射面，并且其表面通過中心軸；

一用于可進行波長掃描的、準單色光輸出的單色光發生裝置10，該輸出的光束用于照明待測樣品；

一準直透鏡11，用于將單色光發生裝置10產生的光進行準直、擴束；

一用于將探測光束變換為偏振方向可控的線偏振光的線性起偏器12，該線性起偏器12安裝在單色光發生裝置10和準直透鏡11產生的擴展探測光的光路上；