[发明专利]光谱椭偏测量中厚度不均匀致退偏效应的修正方法及装置

说明书

本发明提供一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模方法及装置，通过穆勒矩阵椭偏仪测量，一次获得待测样品的全部穆勒矩阵元素，进而获得样品的退偏信息。接着，通过合理假设厚度不均匀的分布函数，充分考虑每层厚度的不均匀，选择合理的节点和权重累加得到样品正向建模平均穆勒矩阵。当样品每层厚度分布随机，均采用高斯分布的节点和权重，将多维计算简化成一维计算，大大提高计算效率。最后通过非线性回归算法拟合提取待测样品参数的光学常数和厚度值等信息。本发明可以实现光谱椭偏测量厚度不均匀退偏效应的修正，对各种光学薄膜器件，以及各种纳米制造过程中在线测量的快速数据分析，提取纳米材料光学和集合参数。

技术领域

本发明实施例涉及椭偏测量技术领域，尤其涉及一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模方法及装置。

背景技术

椭偏测量法是一种利用光的偏振特性进行纳米参数测量的方法，其测量过程简单，快速，可以有效表征薄膜材料的几何和光学参数，具有快速、准确和无损等优点，是柔性电子、平板显示、太阳能电池等产业不可或缺的技术手段。其基本原理是将一束已知偏振态的光束入射到待测样品表面，通过样品的反射或者透射前后的偏振态的改变(振幅比和相位差)来获取薄膜的光学常数和厚度。

沿着薄膜衬底的不均匀区域是在实践中经常遇到的缺陷。例如，各种等离子体化学技术产生表现出这种缺陷的薄膜。加上工艺参数的可能变化，如输入功率，气体流量，工作压力，衬底温度稳定性等，以及其他基本效应，以及基板边缘和角落附近的电场色散都会导致薄膜在生长过程中厚度不均匀。对于透明和弱吸收的薄膜，从光学角度来看，这种不均匀区域是一个重要的缺陷。与薄膜非均匀性区域相关的主要影响在于光的相干性，即测量光学量的最大值和最小值之间的差异。如果基板上的照射点的尺寸很小，则减小了不均匀区域对测量的光学量的影响。然而，在实践中采用的商业光学装置中，照射点相对较大。另外，为了实现可接受的信噪比，减小光点尺寸可能需要增加探测器采集光强积分时间，这通常是不希望的。

现有方法一般对楔形厚度不均匀性的特殊情况下进行分析，例如美国ShakilPittal等人对硅基底上的生长的氧化锌(ZnO)利用楔形厚度分布模型分析。一般厚度较大的薄膜在生长过程中，厚度度不均匀是不可避免的。因此在复杂的厚度不均匀和工业大面积快速测量的情况下，使用上述特殊假设是不合理的。

发明内容

本发明实施例提供一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模方法及装置，用以解决现有的椭偏分析方法对楔形厚度不均匀性的特殊情况下进行分析，在复杂的厚度不均匀和工业大面积快速测量的情况下，使用上述特殊假设不合理的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模方法，包括：

Step1，利用穆勒光谱椭偏仪测量待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵。

Step2，根据待测样品的反射穆勒矩阵，推导不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵；

Step3，基于不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵，建立多层薄膜堆栈厚度不均匀光学模型，获得厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵；

Step4，针对所述厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵进行高斯数值积分，获得厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解。

Step5，基于所述厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解，利用4×4传输矩阵方法正向建模，计算厚度不均匀光学模型每个节点琼斯矩阵，进而转化为样品正向建模平均穆勒矩阵；

Step6，利用非线性回归算法对分离散射退偏效应后的测量光谱与建模光谱进行匹配，提取待测样品的光学参数和几何参数。

进一步，Step1中，利用穆勒光谱椭偏仪测量待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵，具体包括：

通过双旋转穆勒矩阵椭偏仪测量所述待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵，从而获得待测样品的退偏信息。