[发明专利]一种纳米结构三维形貌测量方法及装置

权利要求书

1.一种纳米结构三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将波长为紫外到近红外波段范围的入射光束经过光谱分光、起偏、前相位补偿后，得到椭圆偏振光束，投射到包含纳米结构的待测结构表面；

第2步椭圆偏振光束经样件表面反射后，再经过后相位补偿、检偏后利用探测器检测得到零级衍射；通过连续调节前相位补偿和后相位补偿，从而改变入射椭圆偏振光束偏振态，测量得到不同偏振态下的零级衍射光强；

第3步利用第2步测量得到的零级衍射光强，计算得到纳米结构的测量穆勒矩阵；

第4步改变入射光束的入射角和方位角，重复第1步～第3步，得到不同入射角和方位角配置的测量穆勒矩阵；

第5步仿真计算被测纳米结构的理论穆勒矩阵；

第6步利用第5步得到的理论穆勒矩阵，对不同参数下的被测纳米结构进行仿真分析，计算其对应的理论穆勒矩阵，通过傅里叶幅度灵敏度检验扩展法进行全局灵敏度分析，对测量条件及输入参数进行采样计算，获得测量条件变化时，理论穆勒矩阵的输出结果对输入参数的一次灵敏度及集总灵敏度；通过对比不同采样方案下的灵敏度值，找出灵敏度值最高的测量条件，实现测量条件的最优化配置；

在测量条件的最优化配置下，再采用上述傅里叶幅度灵敏度检验扩展法，计算并分析在上述测量条件下，理论穆勒矩阵的输出结果对被测纳米结构各形貌参数的灵敏度值，从中选出对各形貌参数变化最为灵敏的穆勒矩阵元素；

第7步将测量得到的穆勒矩阵元素与对各形貌参数变化最为灵敏的穆勒矩阵元素进行匹配，从而提取出待测纳米级结构的形貌参数值。

2.根据权利要求1所述的纳米结构三维形貌测量方法，其特征在于，第1步中，设入射光束投射到待测纳米结构表面的入射角取值范围为20～90°，方位角取值范围为0～90°。

3.一种实现权利要求1所述纳米结构三维形貌测量方法的装置，其特征在于，该装置包括氙灯光源(41)，光栅光谱仪(42)，离轴抛物镜(43)，起偏器(44)，第一旋转补偿器(45)，汇聚透镜(46)，旋转工作台(49)，准直透镜(50)，第二旋转补偿器(51)，检偏器(52)，离轴抛物镜(53)，光纤耦合器(55)，光纤(56)，探测器(57)，CCD(58)，起偏臂(47)，检偏臂(54)，计算机(59)，角度计(60)；

氙灯光源(41)、光栅光谱仪(42)、离轴抛物镜(43)、起偏器(44)、第一旋转补偿器(45)、汇聚透镜(46)依次位于同一光路上，并固定在起偏臂(47)上；准直透镜(50)、第二旋转补偿器(51)、检偏器(52)、离焦抛物镜(53)和光纤耦合器(55)依次位于同一光路上，并固定在检偏臂(54)上；起偏臂(47)和检偏臂(54)以相同的倾角对称布置于角度计(60)上；汇聚透镜(46)和准直透镜(50)对称布置，且二者的焦距位置位于同一点，用于放置纳米结构样件(48)的旋转工作台(49)位于汇聚透镜(46)的焦距位置；探测器(57)和CCD(58)通过光纤(56)与光纤耦合器(55)相连；探测器(57)和CCD(58)与计算机(59)相连。