[發(fā)明專利]成像橢偏儀的系統(tǒng)參數(shù)校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410810540.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN104535500A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾愛軍;胡仕玉;袁喬;顧帥妍;谷利元;黃惠杰;賀洪波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N21/21
• 分類號(hào): G01N21/21
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及成像橢偏儀的系統(tǒng)參數(shù)校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

科學(xué)史上,測(cè)量技術(shù)的每次進(jìn)步,都能夠推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。作為研究材料表面科學(xué)的重要技術(shù)，其測(cè)量過程具有對(duì)樣品非破壞性、非接觸性以及高的測(cè)量精度等諸多優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)工業(yè)、電子工業(yè)、生物化學(xué)、金屬材料等越來越多的領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。

圖1所示為成像橢偏儀的系統(tǒng)示意圖，該成像橢偏裝置由激光器、1/4波片、準(zhǔn)直器、起偏器、補(bǔ)償器、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、檢偏器、雙遠(yuǎn)心透鏡、CCD相機(jī)、樣品臺(tái)、控制器、計(jì)算機(jī)、左光柵尺、右光柵尺和自準(zhǔn)直儀組成；其中激光器、1/4波片、準(zhǔn)直器、起偏器、補(bǔ)償器組成入射臂，檢偏器、雙遠(yuǎn)心透鏡、CCD相機(jī)組成反射臂，左光柵尺和右光柵尺安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)左右兩側(cè)弧上，左右光柵尺傳感器分別安裝在入射臂和反射臂上，左右光柵尺上各自有原點(diǎn)，根據(jù)左右光柵尺編碼器反饋的脈沖數(shù)來記錄入射臂和反射臂轉(zhuǎn)過的角度，起偏器，檢偏器分別由伺服電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)，根據(jù)伺服電機(jī)反饋脈沖數(shù)來記錄起偏器和檢偏器轉(zhuǎn)過的角度，控制器控制入射臂、反射臂、起偏器、檢偏器、補(bǔ)償器的旋轉(zhuǎn)，控制器記錄并顯示光柵尺編碼器和伺服電機(jī)反饋的脈沖數(shù)，自準(zhǔn)直儀固定在半圓形旋轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)稱軸上，自準(zhǔn)直儀出射光為指向旋轉(zhuǎn)臺(tái)圓心的法線方向，樣品臺(tái)用于對(duì)準(zhǔn)樣品，對(duì)樣品進(jìn)行傾斜調(diào)節(jié)和縱向調(diào)節(jié)。

基于成像橢偏測(cè)量法的原理如下：

激光器發(fā)射的光經(jīng)過起偏器后，成為線偏振光，線偏振光經(jīng)過1/4波片相位延遲器，產(chǎn)生橢偏光，該橢偏光照射到待測(cè)樣品表面，所述的橢偏光經(jīng)過待測(cè)樣品表面后變?yōu)榫€偏振光，該線偏振光通過檢偏器進(jìn)入圖像傳感器，通過分析待測(cè)參考樣品反射來的光的光強(qiáng)，得到待測(cè)樣品表面的特征信息，即橢偏參數(shù)(Δ，ψ)。從上面成像橢偏測(cè)量法的原理看出，最重要的步驟就是利用成像橢偏測(cè)量系統(tǒng)獲得樣品的橢偏參數(shù)(Δ，ψ)，而成像橢偏參數(shù)(Δ，ψ)是入射角、波長(zhǎng)、偏振器件的方位角和相位延遲等參數(shù)的函數(shù)，那么偏振器件的方位角和入射角的準(zhǔn)確性就非常重要，?它們的精度直接影響測(cè)得的橢偏參數(shù)的精度，此外入射角的重要性還體現(xiàn)在如下方面：(1)當(dāng)入射角設(shè)置為樣品基底的Brewster角附近，測(cè)量靈敏度提高；(2)在不同的入射角下測(cè)量樣品，可以獲得樣品更多的參量。

目前確定橢偏儀起偏器和檢偏器的方位角，比較普遍的方法就是利用參考樣品去校準(zhǔn)橢偏儀的系統(tǒng)參數(shù)，具體方法如下：設(shè)置入射角等于參考樣品的Brewster角，此時(shí)反射光變成只有s分量的完全偏振光，旋轉(zhuǎn)檢偏器，使得完全消光，那么檢偏器的偏振方向必為p方向，從而確定檢偏器的偏振方向，進(jìn)而利用兩偏振片的偏振方向垂直消光而確定起偏器的偏振方向。實(shí)際操作中這種方法有很多缺陷：

(1)參考樣品的精度決定了起偏器和檢偏器的方位角的準(zhǔn)確性，若參考樣品的Brewster角有偏差，直接導(dǎo)致起偏器和檢偏器的方位角的偏差；

(2)要設(shè)置精確的入射角，那么就必須確定入射臂上光柵尺的原點(diǎn)位置，實(shí)際中常用的光柵尺原點(diǎn)是人為標(biāo)定，然后利用外界條件去找到原點(diǎn)的位置，這樣給方位角校準(zhǔn)過程增加困難；

(3)實(shí)際操作中利用步進(jìn)電機(jī)脈沖技術(shù)設(shè)置入射角和反射角，那么就存在電機(jī)失步或者慣性過沖的問題，從而影響了入射角和反射角的精度，進(jìn)而影響起偏器和檢偏器的方位角的確定。

申請(qǐng)?zhí)枮?01010137774的發(fā)明公開了一種用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中入射角度自動(dòng)探測(cè)的裝置，該裝置實(shí)現(xiàn)了入射角自動(dòng)探測(cè)，但是該裝置需要在系統(tǒng)中多處安裝位置探測(cè)裝置，這就使得該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且位置探測(cè)裝置的校準(zhǔn)本身也是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，限制了該自動(dòng)探測(cè)裝置在橢偏儀系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定中的應(yīng)用。由此可見，在成像橢偏測(cè)量系統(tǒng)中，如何確定起偏器和檢偏器的方位角，以及入射角和反射角大小仍存在很多需要改進(jìn)的地方。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種成像橢偏儀系統(tǒng)參數(shù)的校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)的系統(tǒng)參數(shù)包括起偏器的偏振方向、檢偏器的偏振方向、左右光柵尺的原點(diǎn)位置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種成像橢偏儀系統(tǒng)參數(shù)的校準(zhǔn)方法，其特點(diǎn)在于該校準(zhǔn)方法包括以下步驟：