[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110602165.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113281268B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷洪剛;劉世元;王敬軍;江浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/21
• 分類號(hào): G01N21/21;G06F17/14
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;李歡

本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法及系統(tǒng)，屬于精密光學(xué)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，方法包括：將各理論參數(shù)以及待測(cè)樣件的預(yù)估膜厚輸入至旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的系統(tǒng)模型中，獲取包含理論傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程；采用旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀測(cè)量待測(cè)樣件，獲取包含測(cè)量傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程；采用Hadamard分析方法，獲取全光譜范圍內(nèi)的測(cè)量傅里葉系數(shù)和理論傅里葉系數(shù)；采用非線性迭代擬合方法對(duì)全光譜范圍內(nèi)的測(cè)量傅里葉系數(shù)和理論傅里葉系數(shù)進(jìn)行擬合，獲取待測(cè)樣件的光學(xué)信息。本發(fā)明可一次測(cè)量得到全光譜范圍內(nèi)的待測(cè)樣件光學(xué)信息，同時(shí)避免了由傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)為橢偏參數(shù)擬合時(shí)造成的信息缺失和數(shù)據(jù)突變的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密光學(xué)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

橢偏儀是一種利用光的偏振特性獲取待測(cè)樣件信息的通光光學(xué)測(cè)量?jī)x器，其基本原理是通過(guò)偏振器件將光源發(fā)出的非偏振光調(diào)制為特殊的橢圓偏振光，然后橢圓偏振光照射到待測(cè)樣件表面，最后測(cè)量經(jīng)與樣件發(fā)生作用后的反射光(或者透射光)，以獲得偏振光在反射(或透射)前后偏振狀態(tài)的改變(包括振幅比和相位差)，進(jìn)而從中提取出待測(cè)樣件的信息。

為滿足不同測(cè)量條件和用戶群體的需要，橢偏儀根據(jù)其偏振調(diào)制方式的不同，有多種配置類型的橢偏儀取得了長(zhǎng)足發(fā)展，如：旋轉(zhuǎn)偏振器型、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型、光彈調(diào)制型、液晶調(diào)制型光譜橢偏儀。其中，旋轉(zhuǎn)偏振器光譜橢偏儀和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器光譜橢偏儀對(duì)測(cè)量環(huán)境無(wú)特殊要求，可實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍的測(cè)量測(cè)試，在納米薄膜的膜厚、光學(xué)信息的測(cè)量和光學(xué)信息的表征中具有廣泛的應(yīng)用。

在使用旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀對(duì)待測(cè)樣件進(jìn)行測(cè)量表征前，必須有一個(gè)行之有效的數(shù)據(jù)處理分析方法，才能夠快速、準(zhǔn)確、高效的處理測(cè)量信號(hào)和提取要求信號(hào)。旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法包括系統(tǒng)參數(shù)校準(zhǔn)和待測(cè)樣件測(cè)量方法，以快速準(zhǔn)確測(cè)量帶到待測(cè)樣件信息。其中，系統(tǒng)參數(shù)校準(zhǔn)包括有：偏振器件初始方位角(偏振器件光軸方向與入射面的夾角)、系統(tǒng)入射角和樣件膜厚；待測(cè)樣件的測(cè)量包括待測(cè)樣件的膜厚和光學(xué)常數(shù)的測(cè)量。因此，必須提出一種適用于旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法，以實(shí)現(xiàn)全光譜范圍內(nèi)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的分析。

橢偏儀直接測(cè)量得到的是周期性光強(qiáng)信息，然后對(duì)光強(qiáng)信息進(jìn)行傅里葉分析處理，將光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)化為包含傅里葉系數(shù)形式的系統(tǒng)光強(qiáng)，最后將傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)化為橢偏參數(shù)，獲取待測(cè)樣件的膜厚及光學(xué)常數(shù)；其中，歸一化處理后的傅里葉系數(shù)包含待測(cè)樣件厚度及光學(xué)常數(shù)的函數(shù)。根據(jù)橢偏儀測(cè)量原理，傅里葉系數(shù)可以轉(zhuǎn)化為橢偏參數(shù)，如：振幅比、相位差和穆勒矩陣元素。但由于傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)化為橢偏參數(shù)，增加了數(shù)據(jù)處理分析的復(fù)雜性，會(huì)導(dǎo)致信息的缺失，例如，在旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型光譜橢偏儀系統(tǒng)中，歸一化處理后的傅里葉系數(shù)個(gè)數(shù)多于橢偏參數(shù)個(gè)數(shù)；在旋轉(zhuǎn)起偏器光譜橢偏儀系統(tǒng)中，傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)化為橢偏參數(shù)時(shí)，測(cè)量得到的相位差角Δ只有理論得到的相位差角Δ的一半?yún)^(qū)間，且存在相位差角Δ突變的情況。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的橢偏儀數(shù)據(jù)分析方法存在將傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)化為橢偏參數(shù)增加數(shù)據(jù)處理分析的復(fù)雜性，導(dǎo)致信息的缺失；同時(shí)轉(zhuǎn)換后的橢偏參數(shù)可能會(huì)存在突變情況，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析方法獲取的結(jié)果可靠性較差的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的數(shù)據(jù)分析方法，包括如下步驟：

(1)將各理論參數(shù)以及待測(cè)樣件的預(yù)估膜厚輸入至旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀的系統(tǒng)模型中，獲取包含理論傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程；

(2)采用旋轉(zhuǎn)偏振器件光譜橢偏儀測(cè)量待測(cè)樣件，獲取包含測(cè)量傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程；

(3)將包含測(cè)量傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程和包含理論傅里葉系數(shù)的系統(tǒng)方程均采用Hadamard分析方法，獲取全光譜范圍內(nèi)的測(cè)量傅里葉系數(shù)和理論傅里葉系數(shù)；