[發(fā)明專利]一種基于橢偏儀的待測(cè)樣件參數(shù)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011233872.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN112345463B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張傳維;顏凡;李偉奇;陳軍;郭春付
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢頤光科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/21
• 分類號(hào): G01N21/21;G01B11/06
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 高蘭

本發(fā)明提供一種基于橢偏儀的待測(cè)樣件參數(shù)測(cè)量方法，首先基于橢偏儀測(cè)量系統(tǒng)中的隨機(jī)噪聲滿足高斯分布的特性，建立t分布模型；然后采集經(jīng)待測(cè)樣件反射的有限次光學(xué)周期光束，獲得樣件的光強(qiáng)諧波信號(hào)；再通過建立的t分布模型，消除光強(qiáng)諧波信號(hào)中含有的隨機(jī)噪聲，估算出樣件反射的光強(qiáng)真值，進(jìn)一步計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的傅里葉系數(shù)真值；最后依據(jù)特定物理模型等計(jì)算公式，求得到樣件的厚度和光學(xué)常數(shù)等參數(shù)。本發(fā)明基于光強(qiáng)隨機(jī)噪聲滿足高斯分布，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)中的t分布理論，對(duì)采集到的光強(qiáng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，估算出光強(qiáng)真值，并進(jìn)而估算出待測(cè)樣件的參數(shù)，在不降低檢測(cè)效率的同時(shí)，提高了橢偏儀檢測(cè)系統(tǒng)的重復(fù)性精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明儀器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于橢偏儀的待測(cè)樣件參數(shù)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

橢偏儀是一種用于探測(cè)薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)以及材料微結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量儀器。由于測(cè)量精度高，適用于超薄膜，與樣品非接觸，對(duì)樣品沒有破壞且不需要真空環(huán)境，使得橢偏儀成為一種極具吸引力的測(cè)量儀器。近年來，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用使橢偏數(shù)據(jù)的擬合分析變得容易，促使橢偏儀在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。硬件的自動(dòng)化和軟件的成熟大大提高了運(yùn)算的速度，成熟的軟件提供了解決問題的新方法。因此，橢偏儀現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究、開發(fā)和制造過程中。

在使用橢偏儀進(jìn)行納米薄膜樣品測(cè)量時(shí)，由于暗電流、電機(jī)旋轉(zhuǎn)和光源等因素，使得測(cè)量得到的光強(qiáng)諧波信號(hào)除了樣本的真實(shí)反射光強(qiáng)信號(hào)外，還或多或少夾雜著隨機(jī)噪聲信號(hào)。

現(xiàn)有技術(shù)中，為消除隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，通過多次重復(fù)測(cè)量取光強(qiáng)平均值來消除隨機(jī)誤差，但此種方式會(huì)大大降低測(cè)量效率，這在實(shí)際工業(yè)測(cè)量中是不能接受的。因此，有必要在小樣本的情況下估算出樣本的反射光強(qiáng)信號(hào)真實(shí)值。然而在小樣本的情況下，數(shù)據(jù)隨機(jī)性較強(qiáng)，其方差與總體樣本方差存在差異。若通過簡單的算術(shù)平均，此時(shí)求得的小樣本均值與總體樣本均值可能存在較大差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于橢偏儀的待測(cè)樣件參數(shù)測(cè)量方法。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于橢偏儀的待測(cè)樣件參數(shù)測(cè)量方法，包括：

步驟1，基于橢偏儀測(cè)量系統(tǒng)的光強(qiáng)隨機(jī)噪聲滿足高斯分布的特性，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率論中的t分布理論建立橢偏儀測(cè)量系統(tǒng)隨機(jī)噪聲的t分布模型；

步驟2，通過橢偏儀采集經(jīng)待測(cè)樣件反射的有限次光學(xué)周期光束，獲得待測(cè)樣件的有限次光強(qiáng)諧波信號(hào)；

步驟3，根據(jù)所述待測(cè)樣件的有限次光強(qiáng)諧波信號(hào)和橢偏儀測(cè)量系統(tǒng)隨機(jī)噪聲的t分布模型，估算出待測(cè)樣件的光強(qiáng)真值；

步驟4，根據(jù)所述待測(cè)樣件的光強(qiáng)真值，求解出待測(cè)樣件參數(shù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例還可以作出如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述t分布模型為：

其中，為抽樣樣本的均值，S為抽樣樣本的方差，n為抽樣樣本的個(gè)數(shù)，μ為待估計(jì)的整體樣本均值。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括：

通過所述橢偏儀采集經(jīng)樣件反射的n次光學(xué)周期的光束，獲得樣件的n次光強(qiáng)諧波信號(hào)I₁,I₂,...,I_n；

所述步驟3包括：

計(jì)算n次光強(qiáng)諧波信號(hào)的平均值和n次光強(qiáng)諧波信號(hào)的方差

將光強(qiáng)諧波信號(hào)的平均值和光強(qiáng)諧波信號(hào)的方差S代入到公式(1)中，估算出待測(cè)樣件的光強(qiáng)真值μ。