[发明专利]一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径退偏效应修正建模方法及装置

说明书

本发明涉及一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径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。通过合理假设带宽和数值孔径的分布函数，组合不同的分布下的节点和权重累加得到样品正向建模平均穆勒矩阵。当带宽和数值孔径的分布随机，均采用高斯分布的节点和权重，将二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带宽和数值孔径退偏效应的修正，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

本发明涉及椭偏测量技术领域，具体涉及一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径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，具有快速、准确和无损等优点。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。

在来自基于光偏振的光学方法的实验数据中，去极化源经样品透射或反射的不同偏振态的非相干叠加发生去偏振现象。为了获得样品的退偏信息，需要全部的穆勒元素。故退偏样品的测量一般利用穆勒矩阵椭偏仪，一次测量获得全穆勒元素光谱。带宽和数值孔径是两种常见的仪器配置引入的退偏源。单色仪和光谱仪不是完全的单色装置，而是一定范围的中心分布。此外，杂散光和二阶效应会在检测器上增加波长与测试波长的差异。如果单色仪的带宽太宽，则由于样品光学特性的波长依赖性而发生去极化。在测量太薄或者透明的基底薄膜结构时，为了消除背反的影响，通常用微光斑测量。由于增强了数值孔径对汇聚光束角的变化的影响，光束从平行光束变成汇聚光束，光谱椭偏仪检偏端收集了不同入射角的光束而发生去极化。

现有的技术一般通过一些方法减小带宽的退偏效应或者不考虑其影响，比如分析长波段的光谱，减小材料光学常数对波长依赖性，或者把穆勒矩阵分解成偏振穆勒矩阵、去极化穆勒矩阵和延迟器穆勒矩阵。为了消除数值孔径的退偏影响，可以打磨透明基底的背面或者背面涂黑处理，减少背反的影响。在工业大面积快速测量的情况下，使用上述特殊手段是不合理的。为了得到更准确的纳米薄膜的光学常数和厚度值，需把退偏源加入光学建模计算。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径退偏效应修正建模方法及装置，其目的在于对带宽和数值孔径退偏源修正，建立光学模型，快速提取光学和几何参数。通过合理的带宽和数值孔径分布函数的假设，把空间积分转化为数值积分，得到平均样品穆勒矩阵，最后通过数值优化算法提取薄膜光学和几何参数。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径退偏效应修正建模方法，包括以下步骤：

S1，利用穆勒矩阵光谱椭偏仪测量待测样品，得到样品的测量反射穆勒矩阵M_sample；

S2，选择带宽分布函数，建立带宽退偏光学模型；

S3，选择数值孔径对应的入射角分布函数，建立数值孔径退偏光学模型；

S4，组合带宽和数值孔径退偏光学模型，建立积分公式；

S5，根据分布选择对应的高斯积分正交多项式，得到对应节点和权重，得到积分后的光学建模平均穆勒矩阵M_model；

S6，利用非线性回归算法，将测量穆勒矩阵光谱和正向建模穆勒矩阵光谱匹配，提取光学纳米薄膜光学和几何参数。

第二方面，一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径退偏效应修正建模装置，包括：

样品测量模块，用于利用穆勒矩阵光谱椭偏仪测量待测样品，得到样品的测量反射穆勒矩阵M_sample；