[發明專利]一種磁光調制橢偏儀裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201910875400.X
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110596012B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 王驚雷;王雙保
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

本發明公開了一種磁光調制橢偏儀裝置及測量方法，包括由光源發出的非偏振光，通過固定第一起偏器，變為線偏振光；通過第一磁光調制器，線偏振光被調制；通過固定第二起偏器，出射光變為線偏振光；通過第二磁光調制器，線偏振光被調制；經過待測樣品反射，反射光進入第三磁光調制器被調制；然后通過固定檢偏器，線偏振光進入光電探測器，記錄含有樣品薄膜的橢偏參數的光強，采用擬合算法對數據進行處理，精確測量樣品薄膜的厚度和光學常數；本發明有效解決了現有方法中采用步進電機機械轉動旋轉偏振器，測量精度、測量重復性和穩定性均有限的問題，提高了測量速度，檢測精度、靈敏度和測量裝置的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種薄膜厚度和薄膜光學常數的測量裝置和方法，尤其涉及一種磁光調制橢偏儀裝置及測量方法。

背景技術

橢圓偏振測量法是利用偏振光測量薄膜或界面參數的測量技術，通過測量經被測樣品反射光線的偏振態變化來獲得樣品的厚度和折射率等參數。橢偏儀廣泛應用于薄膜厚度和光學常數的測定，能同時測量多層薄膜，膜厚測量范圍大，可以從幾納米到1微米。橢偏儀是一種快速、高精度、非接觸式光學測量儀器，能夠在各種復雜環境下應用，可以對各種半導體及其氧化物成分、化合物半導體成分的梯度膜層和透明薄膜的折射率和厚度以及微結構等物理結構特性進行分析。

起偏器、補償器或檢偏器都是一種特定的晶體材料，每個偏振片只有一個固定的光軸，當一束光通過偏振片，出射光的偏振方向只沿該偏振片的光軸方向振動。要想調制光的偏振方向，只能通過旋轉偏振片，即旋轉偏振片的光軸來改變通過偏振片后的出射光的偏振方向。現有技術中，可以通過人為手動旋轉偏振片，但是旋轉速度太慢，效率太低；可以使用橢偏儀，橢偏儀有旋轉起偏器橢偏儀(RPE)、旋轉檢偏器橢偏儀(RAE)、旋轉起偏器和檢偏器橢偏儀(RAPE)、旋轉補償器橢偏儀(RCE)，上述橢偏儀裝置都是采用步進電機驅動控制舵機轉動，帶動與舵機連接的偏振片旋轉，進而改變偏振片(起偏器、補償器、檢偏器)的光軸方向，但是通過步進電機改變光軸方向，測量精度又受到機械機構控制精度的限制，測量重復性和穩定性均有限。另外機械機構的控制速度也大大限制了橢偏儀的測量速度，無法滿足實時、在線式的測量要求。因此目前急需一種磁光調制橢偏儀裝置解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的磁光調制橢偏儀裝置及其測量方法，有效解決現有方法的不足，實現對樣品薄膜的厚度和光學常數進行高精度的測量，同時提高了測量的穩定性和速度。

其具體技術方案如下：

一種磁光調制橢偏儀裝置，包括沿著一條光路依次設置的：光源、第一聚光透鏡、固定第一起偏器、第一磁光調制器、固定第二起偏器、第二磁光調制器、第三磁光調制器、固定檢偏器；其中，

所述光源，用于發出照射待測樣品的單頻率非偏振光；

所述第一聚光透鏡,用于對所述光源發出的光進行聚光，減小光束的直徑；

所述固定第一起偏器，用于把所述第一聚光透鏡輸出的非偏振態的光轉變成偏振面固定的線偏振光；

所述第一磁光調制器，用于將入射到所述第一磁光調制器的光的偏振面旋轉一定的角度，調制入射光的偏振態；

所述固定第二起偏器，用于把所述第一磁光調制器輸出的偏振面可旋轉的線偏振光轉變成偏振面固定的線偏振光，并使通過固定第二起偏器前后的光強滿足馬呂斯定律；

所述第二磁光調制器，用于將入射到所述第二磁光調制器的光的偏振面旋轉一定的角度，調制入射光的偏振態；

所述第三磁光調制器，用于將入射到所述第三磁光調制器的光的偏振面旋轉一定的角度，調制反射光的偏振態；

所述固定檢偏器，用于把所述第三磁光調制器輸出的偏振面可旋轉的線偏振光轉變成偏振面固定的線偏振光，并使通過固定檢偏器前后的光強滿足馬呂斯定律；