[发明专利]校准椭偏测量中应力元件带来的误差影响的方法

说明书

技术领域

本专利涉及椭偏测量技术，尤其涉及到光谱型椭偏仪中光学元件应力影响的校准。

背景技术

在大多数物理、化学和材料领域的研究中，测量材料的光学特性和薄膜厚度非常的重要。椭圆偏振法是一种测量和研究材料表面及其膜层特性的先进方法，其具有测量灵敏，精度高，快速和非接触等特点，广泛应用于半导体制造，光学镀膜和材料分析中。椭偏测量根据测量方式分为反射型测量和透射型测量，根据测量波段分为光谱型和单波长型，其中光谱型椭偏仪的应用更为广泛。

椭偏测量中，将由入射光所在的与样品表面垂直的面定为入射面，将垂直于入射面的光的电矢量称为S光，在入射面内的电矢量称为P光，测量样品对它们的反射率R_p和R_s的复数比率，并由此定义椭偏参量Δ。将测量获得的反射率R_p和R_s代入如下公式：

从而可以得出：Δ＝δ_P-δ_s

其中，为反射系数的振幅比，而Δ为经过样品反射后P光与S光的相位差。

经过上述测量计算得到椭偏参量后，即可根据椭偏参量与样品参数的关系得到样品的膜厚、折射率等信息。

在实际的测量系统中，椭偏仪一般由光源，起偏器，补偿器，透镜，样品，验偏器，探测器等组成，其他的元件可能还有各种滤波元件比如光阑，样品室的入射出射玻璃窗口等。组成系统的元件的非理想会引入不同程度不同类型的误差，比如光源的部分偏振性，起偏器的非理想等。因此，误差的修正对于椭偏测量的准确性和精确度非常的重要。

尽管现有技术中出现了各种各样的对椭偏仪的校准方法，但这些校准方法中往往忽略掉透镜、光阑、玻璃窗口等通常被认为是各向同性的透射元件所带来的误差。而实际上，这些元件都存在应力(因而可称为应力元件)，体现出不同程度的各向异性，在测量中会影响椭偏参量的值，尤其对于超薄的膜厚测量，其带来的误差对测量结果影响很大，应力的校准就显得至关重要。关于元件应力的校准，Woollam公司的专利US6,804,004利用纯数学的回归方法来定标窗口元件的应力影响，把窗口作为一个波片模型来处理，需要很多的数学模型假设和复杂的数学拟合计算过程，且实际情况也可能更复杂。因此，能否更方便、更精确地校准应力带来的误差影响，对于椭偏仪器的设计与制造具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的校准椭偏测量中应力元件带来的误差影响的方法，硬件设计与数学算法相结合，显著提高椭偏仪测量精度和准确度。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种校准椭偏测量中应力元件带来的误差影响的方法，其包括如下步骤：

i)找出所述应力元件的本征坐标系；

ii)测量出所述应力元件在所述本征坐标系下的Mueller矩阵；

iii)将所述应力元件装调到目标椭偏仪中。

在本发明的该方面，通过步骤i)中对本征坐标系的确定，应力元件的Mueller矩阵中的总共16个未知量可以减少到8个未知量；而经过步骤ii)，可通过测量确定上述8个未知量；在应力元件的未知量都明确的情况下，在通过步骤iii)硬件装调后的目标椭偏仪中，应力元件带来的误差影响即可实现校准。

优选地，上述步骤i)包括如下子步骤：

1)将样品和应力元件分别装载到实验椭偏仪中，并将应力元件布置成位于样品和实验椭偏仪的转动部件之间且可旋转；

2)控制应力元件旋转，每旋转一个角度后固定，然后通过测量获取经过样品反射后的光强信号；

3)对所获取的光强信号进行傅立叶分析，计算得到傅立叶系数；

4)根据傅立叶系数在实验椭偏仪的特定系统参数下的特征值来判定此时应力元件的本征坐标系与实验椭偏仪的系统坐标系是否一致，如一致则进行下一步骤，如不一致则回到步骤2)；

5)标定应力元件的本征坐标系。

进一步优选地，在上述子步骤1)中，所述应力元件被装载在所述实验椭偏仪中的可旋转部件上从而实现可旋转。

再进一步优选地，上述可旋转部件是驱动电机。

优选地，上述应力元件是带有双折射的元件。

进一步优选地，上述带有双折射的元件是聚焦透镜或滤波元件。

优选地，上述实验椭偏仪的转动部件是起偏器、验偏器或补偿器。