[发明专利]一种磁光调制椭偏仪装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种磁光调制椭偏仪装置及测量方法，包括由光源发出的非偏振光，通过固定第一起偏器，变为线偏振光；通过第一磁光调制器，线偏振光被调制；通过固定第二起偏器，出射光变为线偏振光；通过第二磁光调制器，线偏振光被调制；经过待测样品反射，反射光进入第三磁光调制器被调制；然后通过固定检偏器，线偏振光进入光电探测器，记录含有样品薄膜的椭偏参数的光强，采用拟合算法对数据进行处理，精确测量样品薄膜的厚度和光学常数；本发明有效解决了现有方法中采用步进电机机械转动旋转偏振器，测量精度、测量重复性和稳定性均有限的问题，提高了测量速度，检测精度、灵敏度和测量装置的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种薄膜厚度和薄膜光学常数的测量装置和方法，尤其涉及一种磁光调制椭偏仪装置及测量方法。

背景技术

椭圆偏振测量法是利用偏振光测量薄膜或界面参数的测量技术，通过测量经被测样品反射光线的偏振态变化来获得样品的厚度和折射率等参数。椭偏仪广泛应用于薄膜厚度和光学常数的测定，能同时测量多层薄膜，膜厚测量范围大，可以从几纳米到1微米。椭偏仪是一种快速、高精度、非接触式光学测量仪器，能够在各种复杂环境下应用，可以对各种半导体及其氧化物成分、化合物半导体成分的梯度膜层和透明薄膜的折射率和厚度以及微结构等物理结构特性进行分析。

起偏器、补偿器或检偏器都是一种特定的晶体材料，每个偏振片只有一个固定的光轴，当一束光通过偏振片，出射光的偏振方向只沿该偏振片的光轴方向振动。要想调制光的偏振方向，只能通过旋转偏振片，即旋转偏振片的光轴来改变通过偏振片后的出射光的偏振方向。现有技术中，可以通过人为手动旋转偏振片，但是旋转速度太慢，效率太低；可以使用椭偏仪，椭偏仪有旋转起偏器椭偏仪(RPE)、旋转检偏器椭偏仪(RAE)、旋转起偏器和检偏器椭偏仪(RAPE)、旋转补偿器椭偏仪(RCE)，上述椭偏仪装置都是采用步进电机驱动控制舵机转动，带动与舵机连接的偏振片旋转，进而改变偏振片(起偏器、补偿器、检偏器)的光轴方向，但是通过步进电机改变光轴方向，测量精度又受到机械机构控制精度的限制，测量重复性和稳定性均有限。另外机械机构的控制速度也大大限制了椭偏仪的测量速度，无法满足实时、在线式的测量要求。因此目前急需一种磁光调制椭偏仪装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的磁光调制椭偏仪装置及其测量方法，有效解决现有方法的不足，实现对样品薄膜的厚度和光学常数进行高精度的测量，同时提高了测量的稳定性和速度。

其具体技术方案如下：

一种磁光调制椭偏仪装置，包括沿着一条光路依次设置的：光源、第一聚光透镜、固定第一起偏器、第一磁光调制器、固定第二起偏器、第二磁光调制器、第三磁光调制器、固定检偏器；其中，

所述光源，用于发出照射待测样品的单频率非偏振光；

所述第一聚光透镜,用于对所述光源发出的光进行聚光，减小光束的直径；

所述固定第一起偏器，用于把所述第一聚光透镜输出的非偏振态的光转变成偏振面固定的线偏振光；

所述第一磁光调制器，用于将入射到所述第一磁光调制器的光的偏振面旋转一定的角度，调制入射光的偏振态；

所述固定第二起偏器，用于把所述第一磁光调制器输出的偏振面可旋转的线偏振光转变成偏振面固定的线偏振光，并使通过固定第二起偏器前后的光强满足马吕斯定律；

所述第二磁光调制器，用于将入射到所述第二磁光调制器的光的偏振面旋转一定的角度，调制入射光的偏振态；

所述第三磁光调制器，用于将入射到所述第三磁光调制器的光的偏振面旋转一定的角度，调制反射光的偏振态；

所述固定检偏器，用于把所述第三磁光调制器输出的偏振面可旋转的线偏振光转变成偏振面固定的线偏振光，并使通过固定检偏器前后的光强满足马吕斯定律；