[发明专利]一种用于椭偏测量中的光强调节方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对探测光束的光强进行调节的方法和装置，特别涉及一种在椭偏测量装置中对探测光强进行调节的方法和装置。

背景技术

椭偏测量术是用于纳米薄膜表征的重要方法之一，它利用光波经表面反射前后偏振态的变化来探测样品的信息，如折射率、厚度、表面粗糙度等。该技术具有两个显著的优点：(1)对样品无扰动、无破坏性，因此可进行实时测量、离体乃至在体测量；(2)可达到原子层量级的测量灵敏度。因此，自从十九世纪该方法建立以来，尤其是二十世纪六十年代中期随着微电子技术和自动化技术的发展，该方法已广泛应用于微电子工业、表面材料和生物医学等领域。可参考文献〔1〕：R.M.A.Azzam and N.M.Bashara，Ellipsometry and Polarized Light，1st edition，Amsterdam：North-Holland publishing company，1977，及参考文献〔2〕：Harland G.Tompkins and Eugene A.Irene，Handbook of ell ipsometry，NewYork：William Andrew Inc..2005.

椭偏测量方法很多，通常是通过椭偏测量仪器得到样品的椭偏参数(ψ和Δ)，然后通过对样品建立的物理模型，采用数据拟合的方法得到样品的特征参数，如膜层厚度、折射率等。椭偏测量仪器获得椭偏参数最基本的方法是零椭偏测量方法(Null Ellipsometry)，比较常用的方法有旋转偏振器件的方法，如旋转起偏器的RPE(Rotating Polarizer Ellipsometry)、旋转检偏器的RAE(RotatingAnalyzer Ellipsometry)、旋转补偿器的RCE(Rotating CompensatorEllipsometry)，此外还有相位调制方法PME(Phase Modulation Ellipsometry)等。在测量中，光强和探测器响应的匹配是一个基本问题。

这是由于探测器输出的电信号与探测光的波长、光源的强度、入射角、系统偏振器件的设置、系统各光学器件的吸收系数、探测器的光谱响应等相关，因此，解决该问题成为仪器设计和使用中的基本问题之一。比如，在相同的系统设置下对不同的样品测量时，由于层构样品的差异，会导致到达探测器的光强太低而导致信噪比下降，或者由于光强太高而超出探测器的范围产生饱和现象。或者对同一个样品，当入射角度或光谱发生变化时，也会由于系统对样品的光学响应、光源的能量光谱分布、或探测器的光谱响应产生探测到的光强太低或太高的现象。因此，根据椭偏测量系统对样品的测量情况，为使测量结果处于最佳的信噪比，在测量过程中，必须对系统探测光束的光强进行调节。

解决该问题的常用的方法有：(1)在椭偏装置中通过调节光源出射光的强度来调节进入光强，比如在光谱椭偏测量装置中采用调节单色仪的入口或出口的光阑宽度来调节光强；(2)在入射光路中加入透过系数可变的滤光片；(3)调节光电探测器的电子增益，通过增益调节可以改变输出信号，但该方法通常无法改善信噪比。因此，已有方法存在调节范围小、难以精确的连续调节等不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述通常的调节范围小、难以精确的连续调节、无法改善图象的信噪比等缺陷；从而提供一种在原有椭偏测量装置上设置一个偏振器件，通过改变与线性起偏器的方位角的夹角θ，而来获得连续的大范围的光强调节，即可在大范围内对光强进行连续调节的装置和进行调节的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的用于椭偏测量中的光强调节装置，包括：

一入射旋转臂1，该入射旋转臂1可围绕中心轴进行旋转，用于改变入射光轴与样品20之间的夹角；

一样品旋转台2和出射旋转臂3，入射旋转臂1的末端与出射旋转臂3的前端重叠在一起，样品旋转台2安置在其上并通过样品旋转台2的轴将三者连接，样品20安装在样品旋转台2上，样品垂直于入射面，并且其表面通过中心轴；

一用于可进行波长扫描的、准单色光输出的单色光发生装置10，该输出的光束用于照明待测样品；

一准直透镜11，用于将单色光发生装置10产生的光进行准直、扩束；

一用于将探测光束变换为偏振方向可控的线偏振光的线性起偏器12，该线性起偏器12安装在单色光发生装置10和准直透镜11产生的扩展探测光的光路上；