[发明专利]单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置

说明书

本发明提供一种单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置，将任意厚度的标准样件作为待测样件，使用待校准的单旋转补偿器型光谱椭偏仪进行测量，对测量获得的光强谐波信号进行傅里叶分析，采用全局拟合算法，通过拟合测量光强信号和理论光强信号的傅里叶系数，获得首个波长点系统参数的校准结果。并以上一个波长点系统参数的校准结果作为下一个波长点系统参数的校准初值，采用逐波长拟合算法，获得每一个波长点的系统参数校准值，进而获得全光谱范围的系统参数。本发明中的基于全局拟合时由于参与拟合的全光谱内有几百上千个波长，因此计算得到的单波长系统参数已经非常接近系统参数真实值。

技术领域

本发明实施例涉及精密光学测量仪器系统参数校准领域，尤其涉及一种单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置。

背景技术

单旋转补偿器型光谱椭偏仪作为光谱椭偏仪的一种，利用旋转补偿器结合偏振器件获得特定的椭圆偏振光投射到待测样品表面，通过测量待测样品的反射光(或者透射光)，以获得偏振光在反射(或者透射)前后的偏振态变化(包括振幅比和相位差)，进而从中提取出待测样品的信息。

单旋转补偿器型光谱椭偏仪可用于金属、薄膜材料、电光材料、二维材料、各向同性材料和器件的光学常数分析，还可用于薄膜材料的表面、界面及厚度分析。特别是在大规模纳米制造领域，成为纳米结构薄膜的光学常数、膜厚、纳米结构特征线宽、线高、侧壁角等几何参数进行大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量的重要手段。

使用单旋转补偿器型光谱椭偏仪对样品进行测量前，需要对系统参数进行校准，以获得准确的系统参数值。一般的单旋转补偿器型光谱椭偏仪的系统参数主要包括：1)起偏器的初始方位角P，即起偏器光轴方向与入射面的夹角；2)检偏器的初始方位角A，即检偏器光轴方向与入射面的夹角；3)补偿器的方位角C，定义C＝ωt-Cs，为补偿器光轴，亦称为快轴，与入射面的夹角，其中Cs为补偿器的初始方位角；4)补偿器的相位延迟量δ。

单旋转补偿器型光谱椭偏仪在实际校准过程中除了需要校准系统参数中的P，A，C，δ四个参数外还同时需要校准仪器校准测量过程中的入射角和标准样品膜层厚度以及复折射率函数。标准样品的复折射率函数一般认为是已知的。所以需要校准的系统参数共有6个。但是单旋转补偿器在单次校准过程中仅能获取4个有效的傅里叶系数。获得的数据量不足，无法进行精确校准，因此必须要增加校准过程中的数据量。

目前常规的方法主要包括以下几种：第一种是在系统校准之前离线测量复合波片的相位延迟量δ，提前获取补偿器的相关参数，但是这种方式的测量准确性无法得到保证。第二种是在校准过程中使用电机旋转起偏器或检偏器，获取不同P或A下的校准数据，但是电机会增加仪器控制系统和光路结构的复杂性。第三是通过在起偏器方位角P和检偏器方位角A校准之后，将椭偏仪测量模式调整为直通模式校准其他系统参数，但是校准过程发生变动也会影响校准的精度。上述校准方法均无法在单次测量后校准所有的系统参数。

发明内容

本发明实施例提供一种单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置，用以解决现有技术无法在单次测量后校准所有的系统参数，且测量准确性无法保证的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法，包括：

S1，获取标准样件的测量光强信号，对所述测量光强信号进行傅里叶分析，计算所述测量光强信号的测量傅里叶系数；其中，所述测量光强信号是使用待校准的单旋转补偿器型光谱椭偏仪以设定入射角度对标准样件进行测量得到的；

S2，对所述待校准的单旋转补偿器型光谱椭偏仪系统进行建模，计算理论光强信号的理论傅里叶系数，采用全局拟合方式，通过拟合所述测量傅里叶系数和理论傅里叶系数，获取单个波长下的系统参数值；

S3，将所述单个波长下的系统参数值作为初值，采用逐点拟合的方式获得仪器每一个波长点的系统参数，进而获得全光谱的系统参数。

进一步，步骤S1中，对所述测量光强信号进行傅里叶分析，包括：