[发明专利]瞬时椭偏仪或散射仪及相关测量方法

说明书

本发明涉及椭偏仪或散射仪，包括光源(1)；偏振器(5)；光学照明系统(2，4)，适于朝向样品(6)引导入射偏振光束(11)；光波前分束器(20)，被布置为接收通过反射、透射或衍射产生的次级光束(12)，所述光波前分束器(20)被定向为形成三个准直分离光束；光学偏振修改装置(25)和光学偏振分离装置(26)，形成六个角度分离的光束；检测系统，适合于检测六个分离的光束；以及处理系统，适合于从中推导出椭圆偏振或散射测量。

技术领域

本发明总体上涉及用于测量材料和/或薄层的光学仪器领域。

具体地，本发明涉及光谱或单色椭偏仪或散射仪以及光谱或单色椭圆偏振或散射测量方法。

更具体地，本发明涉及具有非常高的测量速率的光谱或单色椭偏仪或散射仪。

背景技术

光谱椭偏仪或散射仪通常包括照明臂和检测臂。照明臂包括宽带光谱光源和偏振器，该偏振器被配置为以确定的入射角(AOI)偏振入射在样品上的光束。该检测臂接收入射到样品上的光束的，通过反射或透射(对于椭偏仪)形成的光束和(对于散射仪)通过衍射形成的光束，并包括偏振分析仪和光谱仪，以根据波长检测反射、透射或衍射的光束。

单色椭偏仪或散射仪包括相同的元件，光源通常是单色的，并且检测器在不需要光谱仪的情况下接收偏振分析仪下游的反射、透射或衍射光束。

在对样品进行反射操作的椭偏仪中，检测臂布置成在入射平面中接收反射光束，该入射平面相对于样品法线形成与入射角相反的角度。在以透射方式工作的椭偏仪中，检测臂被布置为接收由样品在入射平面中透射的光束。

在散射仪中，检测臂被布置为接收由样品在入射平面中衍射的光束，该入射平面相对于样品法线形成通常与入射角不同的角度。

存在许多单色或光谱椭偏仪。这些椭偏仪中的大多数都包括光学偏振调制器，用于临时调制入射到样品上或反射到样品上的光束的偏振状态，以便根据至少两个独立偏振状态获取样品反射或透射的光束的偏振分量。

单色或光谱椭偏仪是已知的，其基于旋转偏振器或旋转补偿器、光学相位调制器或双折射液晶系统，其使得可根据时间来改变光束的偏振。无论光学偏振调制器的类型如何，都使用检测系统来获取根据时间，即根据偏振调制的一系列的测量或光谱。光谱仪通常包括光电探测器，该光电探测器由测量光束强度的像素阵列或像素矩阵组成，每个像素或每个像素列与波长相关联。在这些条件下，在至少一个调制周期内，通过分析一系列根据时间的单色测量或强度光谱I(λ)，来进行椭圆偏振法搜索参数的确定。许多出版物已经描述了不同的方式，以从针对调制偏振的分量的不同位置确定的一系列单色或光谱I(λ)测量推导出椭圆偏振量。可在频域或时域中进行一系列单色或光谱I(λ)测量的分析。

然而，这种基于时间偏振调制的方法具有一定数量的缺点。首先，测量精度受所用光源的强度不稳定性的影响。此外，测量的最小持续时间由偏振调制周期固定，并且不能低于调制周期的一半。具体地，基于旋转部件的光学偏振调制器的使用不仅在振动产生方面，而且在长期可靠性和鲁棒性方面可能具有缺点。最后，在调制周期内采集一系列光谱期间，通常不可能根据其强度来调节光谱的采集时间，因为光谱的采集持续时间取决于调制周期。因此，这种方法不可能在检测器动态的有利强度范围内将其用于测量每个光谱，既避免了饱和，又避免了信号过低。那样，有时难以用具有非常不同的反射率值的相同的单色或光谱椭偏仪检查或使用具有非常不同的尺寸的斑点。