[发明专利]一种利用多缝衍射法测量偏振态的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用多缝衍射法测量偏振态的装置及方法，属于光电技术检测 技术领域。

背景技术

偏振光在科学技术及工业生产中有着广泛的应用。比如利用偏振光的干涉可以 用来分析材料内部的应力分布情况。在化学分析中，旋光仪是利用偏振光测量溶液 的浓度。偏光干涉仪、偏光显微镜等在生物学、医学方面有着重要的应用。偏光天 文罗盘在航海和航空方面有着极其重要的地位。偏振遥感技术对大气科学及天文学 的发展有重要的意义，另外偏振光还可以用做3D成像等方面。

半导体集成电路产业是事关国防建设、国民经济和信息安全的基础性和战略性产业。 目前，作为集成电路制造中最为核心和主流的光学投影光刻技术，随着曝光波长不 断减小、数值孔径不断增大，各种分辨率增强技术的应用，图形特征尺寸在不断减 小。目前，浸没式193光刻技术成为一项列在ITRS(国际半导体技术蓝图)上的一项 关键技术，可以实现45nm及其以下技术节点。由于浸没式曝光系统的数值孔径大于 1，因此需要考虑大角度矢量干涉对光刻成像性能的影响。据此业内提出采用偏振照 明方式，来有效地提高成像对比和分辨率等。因此，光刻研究中必须严密检测从照 明系统、掩模、投影物镜、浸没液体再到光刻胶中成像的光波偏振态变化。因此对 偏振光的检测意义重大。

光波偏振态的测量，主要是基于斯托克斯参量法。其中主流方法为测量一束光 分别经过几组不同光轴及快轴方向组合的偏振片与1/4波片，测量透射光强即可计算 出入射光的斯托克斯矢量。此方法需要多次改变偏振片透光轴与1/4波片快轴的方 向，光轴的调整精确会引入系统误差；另外由于使用了1/4波片，在不更换1/4波片 的情况下只能真对特定波长进行测量，这极大影响了偏振光检测的效率与精度。另 一种方法为利用振幅分割原理，把入射光分成四份后分别经过对应的四个探测器， 在已知每个探测器对入射光的响应系数和整个系统的仪器矩阵下，可以计算出入射 光的斯托克斯矢量。此方法分光器件及探测器位置摆放极为严格，并且在应用前需 要分别测量探测器的特性参数和整个系统的仪器矩阵，因此其成本较高。另外，此 方法只能测量一段波长(主要为可见波段及部分红外波段)范围的偏振光。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种利用多缝衍射法测量偏振态的装 置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明是一种利用多缝衍射法测量偏振态的装置，包括偏振片、二元光栅、凸 透镜和CCD探测器；其中二元光栅的缝宽度都相等，且不限制光栅狭缝个数；光栅 距透镜距离可根据实际情况而定；沿光路方向依次为偏振片、二元光栅、凸透镜和 CCD探测器。

本发明的一种利用多缝衍射法测量偏振态的方法，其具体步骤为：

1)将偏振片覆盖二元光栅的一部分，然后沿光路方向依次固定偏振片、二元光 栅、凸透镜和CCD探测器；

2)平行入射光照射在二元光栅上，平行入射光透过二元光栅在CCD探测器成 像，形成衍射条纹；

3)根据衍射理论，推导CCD探测器上任意点如P点光强表达式如式(1)：