[發明專利]校準橢偏測量中應力元件帶來的誤差影響的方法

在審

• 申請號: 201410057946.1
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN104864815A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 鐘鳳嬌;高海軍;黨江濤
• 申請（專利權）人: 睿勵科學儀器（上海）有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01N21/21
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;邵桂禮

技術領域

本專利涉及橢偏測量技術，尤其涉及到光譜型橢偏儀中光學元件應力影響的校準。

背景技術

在大多數物理、化學和材料領域的研究中，測量材料的光學特性和薄膜厚度非常的重要。橢圓偏振法是一種測量和研究材料表面及其膜層特性的先進方法，其具有測量靈敏，精度高，快速和非接觸等特點，廣泛應用于半導體制造，光學鍍膜和材料分析中。橢偏測量根據測量方式分為反射型測量和透射型測量，根據測量波段分為光譜型和單波長型，其中光譜型橢偏儀的應用更為廣泛。

橢偏測量中，將由入射光所在的與樣品表面垂直的面定為入射面，將垂直于入射面的光的電矢量稱為S光，在入射面內的電矢量稱為P光，測量樣品對它們的反射率R_p和R_s的復數比率，并由此定義橢偏參量Δ。將測量獲得的反射率R_p和R_s代入如下公式：

從而可以得出：Δ＝δ_P-δ_s

其中，為反射系數的振幅比，而Δ為經過樣品反射后P光與S光的相位差。

經過上述測量計算得到橢偏參量后，即可根據橢偏參量與樣品參數的關系得到樣品的膜厚、折射率等信息。

在實際的測量系統中，橢偏儀一般由光源，起偏器，補償器，透鏡，樣品，驗偏器，探測器等組成，其他的元件可能還有各種濾波元件比如光闌，樣品室的入射出射玻璃窗口等。組成系統的元件的非理想會引入不同程度不同類型的誤差，比如光源的部分偏振性，起偏器的非理想等。因此，誤差的修正對于橢偏測量的準確性和精確度非常的重要。

盡管現有技術中出現了各種各樣的對橢偏儀的校準方法，但這些校準方法中往往忽略掉透鏡、光闌、玻璃窗口等通常被認為是各向同性的透射元件所帶來的誤差。而實際上，這些元件都存在應力(因而可稱為應力元件)，體現出不同程度的各向異性，在測量中會影響橢偏參量的值，尤其對于超薄的膜厚測量，其帶來的誤差對測量結果影響很大，應力的校準就顯得至關重要。關于元件應力的校準，Woollam公司的專利US6,804,004利用純數學的回歸方法來定標窗口元件的應力影響，把窗口作為一個波片模型來處理，需要很多的數學模型假設和復雜的數學擬合計算過程，且實際情況也可能更復雜。因此，能否更方便、更精確地校準應力帶來的誤差影響，對于橢偏儀器的設計與制造具有現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的校準橢偏測量中應力元件帶來的誤差影響的方法，硬件設計與數學算法相結合，顯著提高橢偏儀測量精度和準確度。

為此，根據本發明的一個方面，提供一種校準橢偏測量中應力元件帶來的誤差影響的方法，其包括如下步驟：

i)找出所述應力元件的本征坐標系；

ii)測量出所述應力元件在所述本征坐標系下的Mueller矩陣；

iii)將所述應力元件裝調到目標橢偏儀中。

在本發明的該方面，通過步驟i)中對本征坐標系的確定，應力元件的Mueller矩陣中的總共16個未知量可以減少到8個未知量；而經過步驟ii)，可通過測量確定上述8個未知量；在應力元件的未知量都明確的情況下，在通過步驟iii)硬件裝調后的目標橢偏儀中，應力元件帶來的誤差影響即可實現校準。

優選地，上述步驟i)包括如下子步驟：

1)將樣品和應力元件分別裝載到實驗橢偏儀中，并將應力元件布置成位于樣品和實驗橢偏儀的轉動部件之間且可旋轉；

2)控制應力元件旋轉，每旋轉一個角度后固定，然后通過測量獲取經過樣品反射后的光強信號；

3)對所獲取的光強信號進行傅立葉分析，計算得到傅立葉系數；

4)根據傅立葉系數在實驗橢偏儀的特定系統參數下的特征值來判定此時應力元件的本征坐標系與實驗橢偏儀的系統坐標系是否一致，如一致則進行下一步驟，如不一致則回到步驟2)；

5)標定應力元件的本征坐標系。

進一步優選地，在上述子步驟1)中，所述應力元件被裝載在所述實驗橢偏儀中的可旋轉部件上從而實現可旋轉。

再進一步優選地，上述可旋轉部件是驅動電機。

優選地，上述應力元件是帶有雙折射的元件。

進一步優選地，上述帶有雙折射的元件是聚焦透鏡或濾波元件。

優選地，上述實驗橢偏儀的轉動部件是起偏器、驗偏器或補償器。