CN107429990B - 无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪及利用其的试片的穆勒矩阵检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光元件旋转型偏振光椭圆率测量仪，更详细地，涉及如下的偏振光椭圆率测量仪：通过对借助试片反射或透射的光的偏振态的变化进行检测及分析，来在对试片的穆勒矩阵成分进行检测时使用。本发明的一实施例包括：光源，向试片发射入射光；固定偏光器，在所述入射光的移动路径上配置于所述光源与所述试片之间，使从所述光源发射的所述入射光偏光；以等速旋转的等速旋转偏光器，在所述入射光的移动路径上配置于所述固定偏光器与所述试片之间，通过所述固定偏光器的光入射并使所入射的所述光偏光；以等速旋转的等速旋转检偏器，通过所述等速旋转偏光器所偏光的光借助所述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的所述光偏光；固定检偏器，通过所述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的所述光偏光；以及光检测器，通过所述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与所述曝光量相应的光辐射通量值。

Description

无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪及利用其的试 片的穆勒矩阵检测方法
技术领域
本发明涉及光元件旋转型偏振光椭圆率测量仪，更详细地，涉及通过对借助试片反射或透射的光的偏振态进行检测及分析来对试片的穆勒矩阵成分进行检测的偏振光椭圆率测量仪。
背景技术
在与急速发展的半导体元件、平板显示器、纳米生物、纳米压印、薄膜光学等相关的产业领域的制备工序步骤中，不损伤纳米试片并能够以非接触式对薄膜的厚度及纳米图案的形状及物性进行检测及评价的技术的重要性逐渐增加。
随着上述产业的持续发展，薄膜的厚度逐渐减少，达到几个原子层的水平，纳米图案的形状从以往的二维结构转换为三维结构，呈复杂化的趋势。因此，需要可更准确地对纳米尺寸的试片形状及物性进行分析的工程用检测技术。
在以非接触式对试片的形状和物性进行检测的技术中，偏振光椭圆率测量仪和利用其的方法与光源、光检测器、计算机等的发展一同被广泛使用。
作为与对现有技术的试片的形状和物性进行检测的偏振光椭圆率测量仪及利用其的检测方法有关的现有文件为韩国专利第1270260号。
发明内容
技术问题
在偏光器的旋转型多通道分光偏振光椭圆率测量仪的光路径中，现有技术的光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪在光源之后添加静止状态的偏光器，来使光源成为线偏光，从而解决光源的残留偏光问题，在检偏器旋转型多通道分光偏振光椭圆率测量仪的光路径中，在多通道光谱仪之前追加设置静止状态的偏光器，使线偏光的光向光检测器传递，从而解决光检测器的偏光依赖性问题。
但是，现有技术的光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪可通过使用3个偏光器来从所检测到的曝光量找出光强度波形的傅里叶系数、试片的椭圆测量角及试片的无偏光反射率，但是，未具体提出各向异性试片的穆勒矩阵检测方法，由此，为了对各向异性试片的形状和物性进行检测，需要对试片的方向进行旋转或需要进行对固定光元件进行扫描的附加检测。
技术方案
用于实现如上所述的目的的本发明优选一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪可包括：光源，向试片发射入射光；固定偏光器，在上述入射光的移动路径上配置于上述光源与上述试片之间，使从上述光源发射的上述入射光偏光；以等速旋转的等速旋转偏光器，在上述入射光的移动路径上配置于上述固定偏光器与上述试片之间，通过上述固定偏光器的光入射并使所入射的上述光偏光；以等速旋转的等速旋转检偏器，通过上述等速旋转偏光器所偏光的光借助上述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的上述光偏光；固定检偏器，通过上述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的上述光偏光；以及光检测器，通过上述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与上述曝光量相应的光辐射通量(radiant flux)值。
其中，上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：第一瞳孔轴步进马达，通过附着于上述固定偏光器来控制上述固定偏光器的方位角；第二瞳孔轴等速旋转马达，通过附着于上述等速旋转偏光器来使上述等速旋转偏光器以等速旋转；第三瞳孔轴等速旋转马达，通过附着于上述等速旋转检偏器来使上述等速旋转检偏器以等速旋转；第四瞳孔轴步进马达，通过附着于上述固定检偏器来控制上述固定检偏器的方位角；以及控制部，生成控制上述第一瞳孔轴步进马达和上述第四瞳孔轴步进马达的脉冲和决定上述第二瞳孔轴等速旋转马达和上述第三瞳孔轴等速旋转马达的旋转速度的信息，控制上述各结构要素。
并且，还包括如下的运算部：上述等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数进行旋转，上述等速旋转检偏器以上述基准角速度的另一已设定的倍数进行旋转，上述光检测器至少在上述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值，通过上述光检测器所输出的上述光辐射通量值计算与上述光辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过上述傅里叶系数计算上述试片的穆勒矩阵成分。
并且，上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：存储部，存储上述傅里叶系数和上述穆勒矩阵成分；以及显示部，展示上述穆勒矩阵成分。
而且，与上述曝光量有关的式为
Figure GDA0002168329640000031
上述光辐射通量波形的傅里叶系数的平均值为
Figure GDA0002168329640000032
Figure GDA0002168329640000033
Figure GDA0002168329640000035
其中，光辐射通量波形，
ω(＝2π/T)：多个等速旋转光元件的基准角速度，
T(＝2π/ω)：与基准角速度有关的旋转周期，
I′0：光辐射通量波形的傅里叶系数成分中的直流(dc)成分，
A′n、B′n：光辐射通量波形的傅里叶系数成分中的交流(ac)成分，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间，
Figure GDA0002168329640000041
N：傅里叶系数检测重复次数，
ξn＝nπTi/T。
并且，与上述曝光量有关的式为
Figure GDA0002168329640000042
上述光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数值为
I0＝I′0
An＝A′ncos(nθr0,n)+B′nsin(nθr0,n)
Bn＝-A′nsin(nθr0,n)+B′ncos(nθr0,n)，
其中，光辐射通量波形，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
T(＝2π/ω)：与基准角速度有关的旋转周期，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
θr：对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，
-θr0,n：t＝0时的θr的值，
ωt＝θr+θr0,n，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间。
并且，与上述曝光量有关的式为
Figure GDA0002168329640000051
上述光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数值为
Figure GDA0002168329640000052
Figure GDA0002168329640000053
Figure GDA0002168329640000054
其中，
Figure GDA0002168329640000055
光辐射通量波形，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
θr：对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，
-θr0,n：t＝0时的θr值，
ωt＝θr+θr0,n，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
积分时间，
Td：延迟时间，
V(SP)＝(M11,…,M1v,…,Mu1,…,Muv)T：以向量表达的与上述试片有关的穆勒矩阵成分的解，
Figure GDA0002168329640000061
Figure GDA0002168329640000063
γ＝κ(1+d12cos2A+d13sin2A)(1+l1cos2P+l2sin2P)：与光学元件的透射率状态有关的共同因子，
P、A：在固定偏光器、固定检偏器的特性轴的线原点坐标系中的方位角位置，
M(SP)＝(Mjk)4×4：试片的穆勒(Mueller)矩阵，
κ＝μQEAPDETPSATPSGD11L0，
d12(13)＝D12(13)/D11，
l1(2)＝L1(2)/L0，
μQE：光检测器的量子效率，
APDE：光检测器的检测有效面积，
TPSG、TPSA：偏振态发生器和偏振态检偏器的有效透射系数，
u、v：根据所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类而不同的已设定的整数，
S(LS)＝(L0,L1,L2,L3)T：为了通过偏振态发生器而入射的光波(light wave)的斯托克斯向量，
M(DOS)＝(Djk)4×4：配置于偏振态检偏器与光检测器之间的检测光学系统(detectoroptic system；DOS)的穆勒矩阵，
PSG：包括固定偏光器和等速旋转偏光器的偏振态发生器，
PSA：包括等速旋转检偏器和固定检偏器的偏振态检偏器。
并且，以向量表达的与上述试片有关的穆勒矩阵成分的解为
V(SP)＝(ΩTΩ)-1ΩTX，
其中，
Figure GDA0002168329640000071
光辐射通量波形，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Figure GDA0002168329640000075
积分时间，
Td：延迟时间，
V(SP)＝(M11,…,M1v,…,Mu1,…,Muv)T：以向量表达的与上述试片有关的穆勒矩阵成分的解，
Figure GDA0002168329640000074
所校准的傅里叶系数的列向量，
由上述行向量构成的(2Nho+1)-by-uv系数矩阵，
Figure GDA0002168329640000072
Figure GDA0002168329640000081
Figure GDA0002168329640000082
γ＝κ(1+d12cos2A+d13sin2A)(1+l1cos2P+l2sin2P)：与光学元件的透射率状态有关的共同因子，
P、A：在固定偏光器和固定检偏器的特性轴的线原点坐标系中的每个方位角位置，
M(SP)＝(Mjk)4×4：试片的穆勒矩阵，
κ＝μQEAPDETPSATPSGD11L0，
d12(13)＝D12(13)/D11，
l1(2)＝L1(2)/L0，
μQE：光检测器的量子效率，
APDE：光检测器的检测有效面积，
TPSG、TPSA：偏振态发生器和偏振态检偏器的有效透射系数，
uu、v：根据所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类而不同的已设定的整数，
S(LS)＝(L0,L1,L2,L3)T：为了通过偏振态发生器而入射的光波的斯托克斯向量，
M(DOS)＝(Djk)4×4：配置于偏振态检偏器与光检测器之间的检测光学系统的穆勒矩阵，
PSG：包括固定偏光器和等速旋转偏光器的偏振态发生器，
PSA：包括等速旋转检偏器和固定检偏器的偏振态检偏器。
并且，上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还可包括：试片支架，用于支撑上述试片；试片移送系统，可移动试片的检测位置；试片保存容器，可保存1个以上的试片；以及试片搬运装置，用于从上述试片保存容器取出一个试片并向上述试片支架移动。
并且，上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括为了对上述曝光量进行检测而排列上述试片的试片排列系统，上述试片排列系统可包括：激光器，发射光；光学系统，使上述激光器所发射的光沿着已设定的方向来向试片入射；以及光检测器，接收通过上述试片所反射的光。
并且，上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还可包括：焦点光学系统，使上述入射光的焦点向上述试片聚集；以及准直器，将通过上述试片所反射或透射的光再次变化为平行光。
并且，上述光源可为选自氙(xenon)灯、卤(tungsten)钨(halogen)灯、氘(deuterium)灯、气体激光、激光二极管及将它们所发射的光通过光纤维传递的装置的一种。
并且，上述光检测器包括电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或光电二极管元件，能够以线形或二维平面结构排列由多个电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或光电二极管元件形成的像素。
并且，上述光检测器可为包括光电倍增管(Photomultiplier tubes)或光电二极管在内的单一光检测器。
并且，上述光检测器可设置有冷却装置。
用于实现如上所述的目的的本发明优选一实施例的利用上述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的试片的穆勒矩阵检测方法可包括：试片安装步骤S10，安装试片；方位角选择步骤S20，选择固定偏光器和固定检偏器各自的设定方位角；方位角移动步骤S30，将上述固定偏光器和上述固定检偏器各自的方位角向上述设定方位角移动；曝光量检测步骤S40，对基于等速旋转偏光器和等速旋转检偏器的方位角变化的入射光的曝光量进行检测，通过上述曝光量输出光辐射通量值；傅里叶系数计算步骤S50，通过上述光辐射通量值计算上述光辐射通量波形的傅里叶系数；以及穆勒矩阵计算步骤S60，通过上述傅里叶系数计算上述试片的穆勒矩阵成分。
有益效果
如上所述，本发明的实施例可提供通过使用4个偏光器对包括各向同性试片在内的各向异性试片的穆勒矩阵进行检测的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪及利用其的试片的穆勒矩阵检测方法。
因此，相比于现有技术的对试片的形状和物性进行检测的偏振光椭圆率测量仪及利用其的检测方法，可迅速地对各向异性试片的形状和物性进行检测。
附图说明
图1为示出以往的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的简图。
图2为示出本发明一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的简图。
图3为示出用于表述与在本发明一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪中所使用的固定偏光器、等速旋转偏光器、等速旋转检偏器及固定检偏器有关的每个方位角的概念图。
图4为示出本发明的利用无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的试片的穆勒矩阵检测方法的顺序图。
具体实施方式
与发明有关的说明只不过是为了说明结构性及功能性的实施例，因此，本发明的权利范围不应解释为受限于本文中说明的实施例。即，可对实施例进行各种变更并可具有各种形态，因此，应理解为，本发明的权利范围包括可实现技术思想的等同技术方案。
另一方面，在本申请中所述的术语的含义应如下理解。
第一、第二等的术语用于对1个结构要素和另1个结构要素进行区别，这些术语并不限定权利范围。例如，第一结构要素可命名为第二结构要素，与此类似地，第二结构要素也可命名为第一结构要素。
当提出1个结构要素设置于另1个结构要素的“上部”或“上方”时，不仅可以理解为直接设置于另1个结构要素的上部，也可以理解为两者中间存在其他结构要素。相反地，当提出1个结构要素与另1个结构要素“相接触”时，应理解为两者中间不存在其他结构要素。另一方面，用于说明结构要素之间的关系的其他表达，即，“介入”和“直接～介入”、“～之间”和“直接～之间”或“与～相邻”和“与～直接相邻”等也应以同样的方式理解。
应当理解的是，只要在文脉上并不明确表示为其他含义，单数的表达则包括复数的表达，“包括”或“具有”等术语用于指定所示的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而并未事先排除1个或1个以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
除非在文脉上明确记载特定顺序，各步骤能够以与所记载的顺序不同的顺序进行。即，各步骤还能够以与所记载的顺序相同的顺序进行，在实质上也可同时进行，也能够以相反的顺序进行。
为了说明本公开的多个实施例而参照的附图，可为了说明的便利及简单地理解，而有意地夸张尺寸、高度、厚度等来表达，而不是根据比率放大或缩小。并且，在附图中所示的1个结构要素可有意地缩小来表达，另1个结构要素可有意地放大来表达。
除非另行定义，在本发明中所使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。与通常所使用的词典中所定义的含义相同的术语应解释为与相关技术的文脉上所具有的含义相一致，除非在本申请中明确定义，不应解释为具有理想的或过度形式化的含义。
以下，参照附图对本发明实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪及利用其的试片的穆勒矩阵检测方法进行说明。图1为以往的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的简图，图2为本发明一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的简图。
参照图1，以往的光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪可包括光源100、偏振态发生器200、试片300、偏振态检偏器400及光检测器500。以往的光元件旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的核心结构要素可包括：光源100；偏振态发生器200，作为使从光源发射的光成为特定的偏振态的光学系统来使用；试片300，位于所调制的入射光的移动路径上；偏振态检偏器400，作为在从试片所反射的反射光(或透射光)的移动路径上对上述反射光(或透射光)的偏振态进行分析的光学系统来使用；以及光检测器500，将通过上述偏振态检偏器的光的光量测定成电压或电流等的值。
上述偏振态发生器或上述偏振态检偏器根据偏振光椭圆率测量仪的种类适当地配置有多个可旋转光元件，上述可旋转光元件可包括多个线形偏光器(linear polarizer)和多个补偿元件(compensating element)，在多个上述可旋转光元件中所选择的多个可旋转光元件以等速旋转，除多个上述等速旋转光元件之外的剩余可旋转光元件作可为固定光元件，为了进行检测而向已指定的方位角进行移动，当进行检测时停止。
在以往的多个穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中，最广泛使用的是2个光元件以规定速度比等速旋转的双重-光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，可例举双重-补偿元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪、旋转-补偿元件旋转-检偏器偏振光椭圆率测量仪、旋转-偏光器旋转-补偿元件偏振光椭圆率测量仪及旋转-偏光器旋转-检偏器偏振光椭圆率测量仪。
光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的原理如下，即，使从光源100发射的入射光向偏振态发生器入射，入射光变化为可被偏振态发生器200控制的特定的偏振态，被调制为偏振态的入射光向试片300照射且偏振态被试片变化来成为具有试片的物性信息的反射光(或透射光)，反射光(或透射光)向偏振态检偏器400入射来再次变化为可控制的特定偏振态，使用光检测器500对经过一连串变化的上述反射光进行检测，最终，综合性地重组为具有物性信息的试片300。
参照图2，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可在入射光的路径上包括光源100、固定偏光器210、第一瞳孔轴步进马达211、等速旋转偏光器220、第二瞳孔轴等速旋转马达221、焦点光学系统230、试片300、试片支架310、准直器430、固定检偏器410、第三瞳孔轴等速旋转马达411、等速旋转检偏器420、第四瞳孔轴步进马达421、光检测器500、控制部610、运算部620、存储部630及显示部640。其中，固定偏光器210、第一瞳孔轴步进马达211、等速旋转偏光器220、第二瞳孔轴等速旋转马达221及焦点光学系统230为构成偏振态发生器200的要素。并且，准直器430、固定检偏器410、第三瞳孔轴等速旋转马达411、等速旋转检偏器420及第四瞳孔轴步进马达421为构成偏振态检偏器400的要素。其中，控制部610、运算部620、存储部630及显示部640可利用计算机600体现。
在入射光的线上可包括：光源100；入射光110，从光源平行地向试片发射；固定偏光器210，配置于入射光与试片之间，当进行检测时，使停止于所指定的方位角来通过的入射光成为特定方向的线偏振态；等速旋转偏光器220，配置于固定偏光器与试片之间，为了调制通过固定偏光器的光的偏振态，当进行检测时，以等速旋转；等速旋转检偏器410，通过等速旋转偏光器的光被试片反射(或透射)来变化其偏振态，为了在反射光(或透射光)的线上对被反射光(或透射光)的试片变化的偏振态进行分析，配置于试片300与光检测器之间，当进行检测时，以与等速旋转偏光器不同的规定比率的等速等速旋转；固定检偏器420，配置于等速旋转检偏器与光检测器之间，为了仅使通过等速旋转检偏器的光的特定方向的线偏光成分通过，当进行检测时，停止于方位角；以及光检测器500，对通过固定检偏器的光的曝光量进行检测，输出与其相应的光辐射通量值。
并且，可包括：控制部610，使用瞳孔轴步进马达211、421对固定偏光器210和固定检偏器420的方位角进行检测，使用等速旋转马达221、411对等速旋转偏光器220和等速旋转检偏器410的旋转速度进行远程控制；运算部620，通过由光检测器500所检测到的光辐射通量值计算与辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过上述傅里叶系数值计算与试片有关的穆勒矩阵成分；存储部630，存储与辐射通量波形有关的傅里叶系数和试片的穆勒矩阵成分的计算值；以及显示部640，需要时，在显示器的画面显示上述计算值。
为了变更试片的排列和检测位置，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可包括试片支架310，可在上述试片支架的一面安装试片移送系统(未图示)，上述试片移送系统(未图示)具有包括高度方向及左右方向3自由度平行移动功能、2自由度倾斜度调节功能及旋转功能在内的6自由度。
对于半导体企业等来说，以最快的时间对多个晶片试片进行检测尤为重要，为此，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可包括：试片保存容器(未图示)，用于保存多个试片；以及试片搬运装置(未图示)，为了对试片的物性进行检测，从试片保存容器依次取出1个试片并向试片支架移动，若结束对所指定的位置的检测，则再次将位于试片支架的试片向试片保存盒移送。
为了排列用于检测的试片，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可包括试片排列系统(未图示)，上述试片排列系统(未图示)可包括：激光器，发射试片排列用光；光学系统，使从上述激光器发射的光以特定方向来向试片入射；以及光检测器，相对于所入射的上述光，接收通过上述试片反射的光，可辨别所接收的上述光的位置。
对使用于半导体产业等的领域的情况而言，在试片中所要检测的区域的尺寸达到数十μm程度的非常小的程度，因此，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可选择性地包括如下的准直器430：将用于使入射光的焦点向试片的局部区域聚集的焦点光学系统230设置于试片的前路径，将通过上述试片反射或透射的光再次变化为平行光。
其中，为了校准与宽带波长有关的色差，焦点光学系统230和准直器430可由包括1个以上的镜子或包括1个以上的不同材质的镜片或1个以上的镜子和1个以上的镜片的光学系统构成，为了提高透射或反射效率，可选择涂敷有单层薄膜或多层薄膜的多个镜片或镜子。
在本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中，上述光源100可选自通过光纤维所传递的从氙灯、卤钨灯、氘灯、气体激光、激光二极管发射的光及从它们所发射的光。上述多个光源设备可具有向一部分方向偏光的光的强度相对的大于另1个方向大的残留偏光特性，但是，可具有产生特定波长的光的有益的长点。
本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的光检测器500可包括选自在由像素(pixel)以线形或二维平面结构排列的电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或光电二极管阵列元件构成的光谱仪(spectrometer)中对1个像素或多个像素重新分级(binning)的结构要素。并且，可包括选自仅由光电倍增管(PMT)和光电二极管等形成的多个单一光检测器中的结构要素。
光检测器在外部触发传递之前维持等待状态，若外部触发传递，则按照光检测器的各像素以所指定的积分时间内对曝光量进行检测，可输出或临时存储与所检测的值相应的光辐射通量值。此时，使用电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或光电二极管阵列元件的积分型光检测器可按照基于光检测器的各像素所指定的积分时间内输出或临时存储曝光量值，如由光电倍增管和光电二极管等形成的单一光检测器的非积分型光检测器可输出或临时存储最短时间内的曝光量值，即，近似性的光辐射通量值。
为了减少基于检测环境的变化的误差，在本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的光检测器中，为了对宽带波长进行检测，可包括使光路径变成氮气或氩气等的气氛状态的装置，为了减少通过系统及检测环境的振动而产生的影响，可在除尘系统上设置上述偏振光椭圆率测量仪，为了减少上述光源、多个上述光元件、上述试片及上述光检测器的温度变化引起的检测误差，可包括恒温系统。为了代替恒温装置并减少温度引起的检测误差，可将冷却装置附着于光检测器来使用。
图3为用于表述与在本发明一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪中所使用的固定偏光器、等速旋转偏光器、等速旋转检偏器及固定检偏器有关的每个方位角的概念图。参照图3，在垂直于试片一面的多个平面中，将入射角φ的上述入射光110的路径和反射角φ的上述反射光120的路径存在于一面上的面定义为入射面130，将垂直于上述试片的轴定义为基准轴140。如图3所示，通常，以上述入射面130为基准来检测的固定偏光器中的线偏光器的透射轴方向150、等速旋转偏光器中的线偏光器的透射轴方向160、等速旋转检偏器中的线偏光器的透射轴方向170及固定检偏器中的线偏光器的透射轴方向180的方位角分别记述为P、Pr、Ar、A。
周期为T(＝2π/ω)的一种辐射通量波形函数Iex(t)为时间(t)的函数，由下述式表示。
式(1)
Figure GDA0002168329640000161
其中，辐射通量波形的傅里叶系数成分中的直流成分为I′0、辐射通量波形的傅里叶系数成分中的交流成分为A′n、B′n及等速旋转光元件的基准角速度为ω、Nho为不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值。
因此，在没有误差的理想的多个上述光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中，在当时间(t)时通过光检测器所要检测的单色波长中的辐射通量值可通过下述常规波形式表示。
式(2)
Figure GDA0002168329640000162
其中，I′0为傅里叶系数的直流成分，A′n、B′n为傅里叶系数的交流成分，ω(＝2π/T)为以等速旋转的光元件的基准角速度，Nho为不是0的傅里叶系数的交流成分中的最大指数值。在本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪的光检测器中，等速旋转偏光器的角速度可为基准角速度ω的常数(mP)倍的mPω，上述等速旋转检偏器的角速度可为基准角速度ω的常数(mA)倍的mAω。
需要注意的是，在以往的使用2个固定光元件和1个等速旋转光元件的光元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪不可适用式(2)，使用2个固定光元件和2个等速旋转光元件的本发明一实施例的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪可适用式(2)的假设。这是因为假设等速旋转偏光器的角速度为基准角速度ω的常数(mP)倍的mPω，上述等速旋转检偏器的角速度为基准角速度ω的常数(mA)倍的mAω，能够以不同的速度旋转的旋转光元件存在2个。因此，将要诱导的式并不适用于现有技术的偏振光椭圆率测量仪，而是适用于本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪等的设置有2个能够以不同的速度旋转的旋转光元件的偏振光椭圆率测量仪。
在多个上述光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中，利用光检测器准确地对辐射通量波形的傅里叶系数进行检测尤为重要。为了进行高精准度的实时检测，在多个最尖端实时上述光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中将可尽快收集傅里叶系数的频谱的电荷耦合元件(Charge coupled Device)或光电二极管(PD)阵列(Photo Diodearray)使用为光检测器。电荷耦合元件或光电二极管阵列对于弱光的检测灵敏度相对优秀，因此，可在较短的时间内对所定的光量进行检测。电荷耦合元件或光电二极管阵列的各像素或各重新分级像素组起到光检测器的结构要素的作用。电荷耦合元件或光电二极管阵列的输出信号与包括辐射通量在内的积分时间成比例，因此，称为积分型光检测器。
电荷耦合元件或光电二极管阵列的数据检测过程可分类为采集帧和读取帧的过程，在以检测周期、即，以等速旋转的等速旋转光元件系统中，基于基准角速度的每一次旋转，即，在每个与基准角速度有关的旋转周期T(＝2π/ω)产生1个基准脉冲，以T/J的等间隔产生J个等时间脉冲。基准脉冲为告知在偏振光椭圆率测量仪中开始检测的基准时间，等时间脉冲可向用于控制电荷耦合元件或光电二极管阵列的数据进行检测的外部触发传递。等时间脉冲以外部触发向电荷耦合元件或光电二极管阵列传递后，如下所述的内容依次进行周期T小时的时间内对电荷耦合元件或光电二极管阵列的数据进行检测的具体过程。在电荷耦合元件或光电二极管阵列的各像素或各重新分级像素组中，一个光检测元件以外部触发接收等时间脉冲后，在开始曝光之前，存在Td时间内的时间延迟后，经过以光电子存储积分时间
Figure GDA0002168329640000184
时间内的所入射的光的光子的曝光量检测过程，之后，为了将所检测的曝光量变化为与电信号或上述曝光量相应的光辐射通量值，进行获取帧过程后，为了接收下一个等时间脉冲，由等待的等待时间构成。因此，上述所检测的曝光量数据可记述为下一个波形的积分。
式(3)
Figure GDA0002168329640000181
从式(2)和式(3)检测的曝光量式能够以如下的形态诱导。
式(4)
Figure GDA0002168329640000182
其中，ξn＝nπTi/T。在式(4)中周期T时间内所检测的J个的曝光量套装形成式(2)的由2Nho+1个的未知傅里叶系数构成的线形方程式的组，因此，可如S＝ΞX′简单标记。其中，示出曝光量的S＝(S1,…,SJ)T和表达傅里叶系数的
Figure GDA0002168329640000183
为列向量(column vector)，Ξ为J-by-(2Nho+1)的系数矩阵。在J为与{J≥2Nho+1，for odd J}和{J≥4Nho+2，for even J}的整数集合有关的并集的元素中的一种的情况下，若使用最小慈乘法，如X′＝(ΞTΞ)-1ΞTS，可从曝光量(S)获得计算傅里叶系数(X′)的解。
最近，如式(4)，对于所检测的曝光量，研发了适用离散傅里叶变换(discreteFourier transform)的新原理，如上所述，其结果与通过最小慈乘法获得的结果相同，但是，如下所述，其表达方法具有更简洁的优点。
Figure GDA0002168329640000191
其中，
Figure GDA0002168329640000192
和
Figure GDA0002168329640000193
为实数函数，方括号指在每个基准角速度的旋转周期内进行一次检测时，进行总共N次的检测获得的检测值的平均值。若将式(4)向式(5)代入并利用三角函数系统的直交性来进行整理，可通过下述式获得所检测的傅里叶系数的平均值。
式(6)
Figure GDA0002168329640000194
式(7)
Figure GDA0002168329640000195
式(9)
Figure GDA0002168329640000196
式(10)
在常规偏振光椭圆率测量仪结构中，从光源发射的平行光通过偏振态发生器(PSG；polarization state generator)，借助试片反射(或透射)后，若通过偏振态检偏器(PSA；polarization state analyzer)向光检测元件入射，则辐射通量转换为电信号。在光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪所使用的多个可旋转光元件(rotatable element)被区分为偏光器(polarizer)、检偏器(analyzer)及补偿元件(compensator)，它们根据光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类以不同的方式配置于偏振态发生器和偏振态检偏器。在光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪中，在多个可旋转光元件中，至少1个光元件需以规定的角震动数进行等速旋转，之外的多个可旋转光元件分别停止于所指定的位置。可利用瞳孔轴马达对多个可旋转的光元件的方位角进行远程控制，当位于瞳孔轴马达的方位角基准点，即，位于指数原点(indexorigin)时，多个可旋转的光元件的多个特性轴可分别位于不同的位置。为了正确的进行检测，需从平行于入射面并垂直于试样面的线原点(real origin)分别获取多个可旋转的光元件的特性轴的方位角位置。若使用以往所熟知的校准法(calibration)，可从线原点坐标系中分别获取多个光元件的特性轴的方位角位置。因此，若转换式(2)的线原点坐标系，如下述式所示。
式(11)
其中，θr为对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，I0为所校准的傅里叶系数的直流成分，An和Bn为所校准的傅里叶系数的交流成分。在式(11)中，若将方位角标记为ωt＝θr+θr0,n，-θr0,n成为t＝0时的θr值，未校准且所校准的傅里叶系数之间的关系式从式(2)和式(11)的恒等关系式诱导为如下式。
式(12)I0＝I′0 (12)
式(13)An＝A′ncos(nθr0,n)+B′nsin(nθr0.n)
式(14)Bn＝-A′nsin(nθr0,n)+B′ncos(nθr0,n)
在偏振光椭圆率测量仪中，数据整理(data reduction)函数使用于从所校准的傅里叶系数抽取试样的偏光椭圆率测量参数，寻找适合所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的数据整理方法尤为重要。根据斯托克斯(Stokes)表达，为了通过偏振态发生器，将所入射的光波的斯托克斯向量标记为S(LS)＝(L0,L1,L2,L3)T，将偏振态发生器和偏振态检偏器的穆勒矩阵分别标记为TPSGM(PSG)和TPSAM(PSA)，其中，TPSG和TPSA分别为偏振态发生器和偏振态检偏器的有效透射系数，M(DOS)＝(Djk)4×4为配置于偏振态检偏器与光检测器之间的检测光学系统的穆勒矩阵，最终，为向光检测器入射的光波的斯托克斯向量。在线原点坐标系分别以P、Pr、Ar、A标记配置于偏振态发生器和偏振态检偏器的固定偏光器、等速旋转偏光器、等速旋转检偏器、固定检偏器的特性轴的方位角位置，以与坐标系旋转有关的穆勒矩阵分别记述方位角的变化。
光检测器的面积为APDE，当量子效率为μQE时，被光检测器所检测到的辐射通量为
Figure GDA0002168329640000212
与通过上述关系式求得的所校准的傅里叶系数有关的解分别以与试样的穆勒矩阵成分有关的联立线性方程式形态提供。为了更简单地表达如上所述的联立线性方程式，导入了如V(SP)＝(M11,…,M1v,…,Mu1,…,Muv)T的具有与试样有关的穆勒矩阵成分的列向量。其中，u和v为根据所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类以不同的方式提供的整数。因此，所校准的傅里叶系数如下述式以标量积提供。
式(16)
式(17)
Figure GDA0002168329640000214
式(18)
其中，
Figure GDA0002168329640000217
Figure GDA0002168329640000218
通常仅为多个固定光元件的方位角的函数，若包括补偿元件，则为还包括补偿元件的方位角和延迟角(retardation angle)的函数，被记述为行向量，γ为在光源的强度和偏光特性、光检测器的有效检测面积及量子效率、检测光学系统的偏光依赖特性及光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪中所使用的与光学元件的透射率状态相关的共同因子(common factor)，如下述式。
式(19)γ＝κ(1+d12cos2A+d13sin2A)(1+l1cos2P+l2sin2P) (19)
其中，κ＝μQEAPDETPSATPSGD11L0、d12(13)＝D12(13)/D11，且l1(2)＝L1(2)/L0。
根据数据整理中所使用的线形方程式的总数量，上述联立线性方程式的解以固有的(unique)或过定的(overdetermined)形态提供。在本研究中公开如下的所普及的数据整理方法，即，可适用所有形态的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪，可从所校准的所有傅里叶系数获取试样的椭圆测量参数。将所校准的傅里叶系数的列向量标记为
Figure GDA0002168329640000221
可将由上述行向量构成的(2Nho+1)-by-uv系数矩阵标记为
Figure GDA0002168329640000222
则X＝ΩV(SP)。在Ω的矩阵级数(matrix rank)与M(SP)中的未知矩阵要素的总数相同或大于其的情况下，对于试样的与穆勒矩阵成分有关的向量解如下述式。
式(20)V(SP)＝(ΩTΩ)-1ΩTX
因此，若在式(19)中每个波长从使用光学特性被熟知的基准试片的检测结果或无试样的直线上的检测结果获取κ、d12、d13、l1及l2的值，可通过使用式(20)从所校准的傅里叶系数的值直接结算试样的穆勒矩阵的成分。其中，要强调的是，与由如上所述的方式计算的穆勒矩阵成分有关的向量的解可适用于各向异性试样的情况。
而且，即使不知道κ、d12、d13、l1及l2的值，可获取如mjk＝Mjk/M11的通过所正规化的穆勒矩阵成分所定义的试样的偏光测量参数的检测值。并且，在各向同性试样的情况下，通常，可由如NSP＝-m12(or-m21)、CSP＝m33(orm44)及SSP＝m34(or-m43)所定义的试样的偏光椭圆测量参数简单地表达。
如上所述，优选地，对光辐射通量进行检测，确立与试片有关的光学理论式，对于所确立的理论式，使用与所设定的区域有关的多数未知参数计算试片的穆勒矩阵成分数据，利用最小二乘法等使上述数据最佳化，在试片中推测所要求得的物性。即，优选地，从穆勒矩阵对另一物理特性进行分析。因此，本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪可从上述所检测的傅里叶系数或上述所检测的穆勒矩阵成分对试片的表秒特性、薄膜厚度、杂折射率、纳米形状、各向异特性、表面粗糙度、组成比及结晶性等的多种物性进行分析，可将上述分析结果利用于半导体元件工程用检测设备、平板显示工程用检测设备、太阳光元件检测设备、薄膜光学检测设备、生物传感器或气体传感器等。具体地，在本发明实施例的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪中，如纳米图案形状检测，在分析方法很复杂的情况下的物性分析方法中，首先，获取与所要检测的试片有关的傅里叶系数或穆勒矩阵成分的检测数据，确立与试片有关的光学理论式，在所设定的区域中对于确立的理论式获取使用已定的多数未知参数值所计算的傅里叶系数或穆勒矩阵成分的数据，对于所计算的数据，生成与未知参数有关的连续函数，利用最小二乘法使连续函数在检测数据进行最佳化，从而认可获取试片的物性。在此情况下，为了从对于上述试片所检测的上述傅里叶系数或上述穆勒矩阵成分的检测数据尽快寻找上述试片的物性，本发明的偏振光椭圆率测量仪可包括由高性能并列计算机、基于严格耦合波分析(RCWA，rigorouscoupled-wave analysis)算法的分析软件及大容量数据存储装置构成的大容量高速演算系统。
利用图4对利用本发明的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪对试片的物性进行检测方法进行说明。
利用本发明的光元件-旋转型穆勒矩阵偏振光椭圆率测量仪对试片的物性进行检测的方法包括试片安装步骤S10、方位角选择步骤S20、方位角移动步骤S30、曝光量检测步骤S40、傅里叶系数计算步骤S50及穆勒矩阵计算步骤S60。
上述试片安装步骤S10为安装并排列对物性进行检测的试片的步骤。
上述方位角选择步骤S20为选择检测中所需的固定光元件的方位角值的步骤。本发明的实施例可选择固定偏光器和固定检偏器各自的设定方位角。
上述方位角移动步骤S30为通过控制部向多个固定光元件的设定方位角进行移动的步骤。
上述曝光量检测步骤S40为对基于等速旋转偏光器和等速旋转检偏器的方位角变化的入射光的曝光量进行检测并通过光检测器来借助上述曝光量对光辐射通量值进行检测的步骤。
上述傅里叶系数计算步骤S50为通过光辐射通量值计算上述光辐射通量波形的傅里叶系数的步骤。
穆勒矩阵计算步骤S60为通过傅里叶系数计算上述试片的穆勒矩阵成分的步骤。
尤其，在曝光量检测步骤S40中，等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数(A)进行旋转，等速旋转检偏器也以上述基准角速度的已设定的倍数(B)进行旋转。在此情况下，光检测器至少在上述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值。此时，优选地，等速旋转偏光器的旋转速度和等速旋转检偏器的旋转速度不同，换言之，优选地，决定等速旋转偏光器的旋转速度的已设定的倍数(A)和决定等速旋转检偏器的旋转速度的已设定的倍数(B)不同。
以上，虽然通过限定性的实施例和附图进行了说明，但是，本发明并不局限于上述说明，本发明所属技术领域的普通技术人员可在本发明的技术思想和发明要求保护范围的等同范围内进行多种修改及变形。
附图标记的说明
100：光源 110：入射光
120：通过固定检偏器来偏光的光
130：入射面 140：入射角基准轴
150：固定偏光器的线偏光器透射轴方向
160：等速旋转偏光器的线偏光器透射轴方向
170：等速旋转检偏器的线偏光器透射轴方向
180：固定检偏器的线偏光器透射轴方向
200：偏振态发生器
210：固定偏光器 211：第一瞳孔轴步进马达
220：等速旋转偏光器 221：第二瞳孔轴等速旋转马达
230：焦点光学系统
300：试片
310：试片支架
400：偏振态检偏器
410：等速旋转检偏器 411：第三瞳孔轴等速旋转马达
420：固定检偏器 421：第四瞳孔轴等速旋转马达
430：准直器
500：光检测器
600：计算机
610：控制部 620：运算部
630：存储部 640：显示部

Claims (14)

1.一种无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，包括：
光源(100)，向试片(300)发射入射光(110)；
固定偏光器(210)，在所述入射光的移动路径上配置于所述光源与所述试片之间，使从所述光源发射的所述入射光偏光；
以等速旋转的等速旋转偏光器(220)，在所述入射光的移动路径上配置于所述固定偏光器与所述试片之间，通过所述固定偏光器的光入射并使所入射的所述光偏光；
以等速旋转的等速旋转检偏器(410)，通过所述等速旋转偏光器所偏光的光借助所述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的所述光偏光；
固定检偏器(420)，通过所述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的所述光偏光；以及
光检测器(500)，通过所述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与所述曝光量相应的光辐射通量值；
所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括如下的运算部(620)：所述等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数进行旋转，所述等速旋转检偏器以所述基准角速度的另一已设定的倍数进行旋转，所述光检测器至少在所述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值，通过所述光检测器所输出的所述光辐射通量值计算与所述光辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过所述傅里叶系数计算所述试片的穆勒矩阵成分；
以向量表达的与所述试片有关的穆勒矩阵成分的解为
V(SP)＝(ΩTΩ)-1ΩTX，
其中，
Figure FDA0002168329630000011
光辐射通量波形，
θr：对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间，
V(SP)＝(M11,…,M1v,…,Mu1,…,Muv)T：以向量表达的与所述试片有关的穆勒矩阵成分的解，
Figure FDA0002168329630000021
所校准的傅里叶系数的列向量，
Figure FDA0002168329630000022
由行向量构成的(2Nho+1)-by-uv系数矩阵，
Figure FDA0002168329630000025
γ＝κ(1+d12cos2A+d13sin2A)(1+l1cos2P+l2sin2P)：与光学元件的透射率状态有关的共同因子，
P、A：在固定偏光器和固定检偏器的特性轴的线原点坐标系中的每个方位角位置，
M(SP)＝(Mjk)4×4：试片的穆勒矩阵，
κ＝μQEAPDETPSATPSGD11L0，
d12(13)＝D12(13)/D11，
l1(2)＝L1(2)/L0，
μQE：光检测器的量子效率，
APDE：光检测器的检测有效面积，
TPSG、TPSA：偏振态发生器和偏振态检偏器的有效透射系数，
u、v：根据所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类而不同的已设定的整数，
S(LS)＝(L0,L1,L2,L3)T：为了通过偏振态发生器而入射的光波的斯托克斯向量，
M(DOS)＝(Djk)4×4：配置于偏振态检偏器与光检测器之间的检测光学系统的穆勒矩阵，
PSG：包括固定偏光器和等速旋转偏光器的偏振态发生器，
PSA：包括等速旋转检偏器和固定检偏器的偏振态检偏器。
2.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：
第一瞳孔轴步进马达(211)，通过附着于所述固定偏光器来控制所述固定偏光器的方位角；
第二瞳孔轴等速旋转马达(221)，通过附着于所述等速旋转偏光器来使所述等速旋转偏光器以等速旋转；
第三瞳孔轴等速旋转马达(411)，通过附着于所述等速旋转检偏器来使所述等速旋转检偏器以等速旋转；
第四瞳孔轴步进马达(421)，通过附着于所述固定检偏器来控制所述固定检偏器的方位角；以及
控制部(610)，生成控制所述第一瞳孔轴步进马达和所述第四瞳孔轴步进马达的脉冲和决定所述第二瞳孔轴等速旋转马达和所述第三瞳孔轴等速旋转马达的旋转速度的信息，控制各结构要素。
3.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：
存储部(630)，存储所述傅里叶系数和所述穆勒矩阵成分；以及
显示部(640)，展示所述穆勒矩阵成分。
4.一种无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，包括：
光源(100)，向试片(300)发射入射光(110)；
固定偏光器(210)，在所述入射光的移动路径上配置于所述光源与所述试片之间，使从所述光源发射的所述入射光偏光；
以等速旋转的等速旋转偏光器(220)，在所述入射光的移动路径上配置于所述固定偏光器与所述试片之间，通过所述固定偏光器的光入射并使所入射的所述光偏光；
以等速旋转的等速旋转检偏器(410)，通过所述等速旋转偏光器所偏光的光借助所述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的所述光偏光；
固定检偏器(420)，通过所述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的所述光偏光；以及
光检测器(500)，通过所述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与所述曝光量相应的光辐射通量值；
所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括如下的运算部(620)：所述等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数进行旋转，所述等速旋转检偏器以所述基准角速度的另一已设定的倍数进行旋转，所述光检测器至少在所述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值，通过所述光检测器所输出的所述光辐射通量值计算与所述光辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过所述傅里叶系数计算所述试片的穆勒矩阵成分；
与所述曝光量有关的式为
Figure FDA0002168329630000041
所述光辐射通量波形的傅里叶系数的平均值为
Figure FDA0002168329630000042
Figure FDA0002168329630000043
Figure FDA0002168329630000051
Figure FDA0002168329630000052
其中，
Figure FDA0002168329630000053
光辐射通量波形，
ω(＝2π/T)：多个等速旋转光元件的基准角速度，
T(＝2π/ω)：与基准角速度有关的旋转周期，
I′0：光辐射通量波形的傅里叶系数成分中的直流成分，
A′n、B′n：光辐射通量波形的傅里叶系数成分中的交流成分，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间，
Figure FDA0002168329630000054
N：傅里叶系数检测重复次数，
ξn＝nπTi/T。
5.一种无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，包括：
光源(100)，向试片(300)发射入射光(110)；
固定偏光器(210)，在所述入射光的移动路径上配置于所述光源与所述试片之间，使从所述光源发射的所述入射光偏光；
以等速旋转的等速旋转偏光器(220)，在所述入射光的移动路径上配置于所述固定偏光器与所述试片之间，通过所述固定偏光器的光入射并使所入射的所述光偏光；
以等速旋转的等速旋转检偏器(410)，通过所述等速旋转偏光器所偏光的光借助所述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的所述光偏光；
固定检偏器(420)，通过所述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的所述光偏光；以及
光检测器(500)，通过所述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与所述曝光量相应的光辐射通量值；
所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括如下的运算部(620)：所述等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数进行旋转，所述等速旋转检偏器以所述基准角速度的另一已设定的倍数进行旋转，所述光检测器至少在所述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值，通过所述光检测器所输出的所述光辐射通量值计算与所述光辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过所述傅里叶系数计算所述试片的穆勒矩阵成分；
与所述曝光量有关的式为所述光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数值为
I0＝I′0
An＝A′ncos(nθr0,n)+B′nsin(nθr0,n)
Bn＝-A′nsin(nθr0,n)+B′ncos(nθr0,n)，
其中，
Figure FDA0002168329630000062
光辐射通量波形，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
T(＝2π/ω)：与基准角速度有关的旋转周期，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
θr：对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，
-θr0,n：t＝0时的θr的值，
ωt＝θr+θr0,n，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间。
6.一种无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，包括：
光源(100)，向试片(300)发射入射光(110)；
固定偏光器(210)，在所述入射光的移动路径上配置于所述光源与所述试片之间，使从所述光源发射的所述入射光偏光；
以等速旋转的等速旋转偏光器(220)，在所述入射光的移动路径上配置于所述固定偏光器与所述试片之间，通过所述固定偏光器的光入射并使所入射的所述光偏光；
以等速旋转的等速旋转检偏器(410)，通过所述等速旋转偏光器所偏光的光借助所述试片反射或透射，改变偏振态并入射，使所入射的所述光偏光；
固定检偏器(420)，通过所述等速旋转检偏器所偏光的光入射，使所入射的所述光偏光；以及
光检测器(500)，通过所述固定检偏器所偏光的光入射，对所入射的光的曝光量进行检测，输出与所述曝光量相应的光辐射通量值；
所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括如下的运算部(620)：所述等速旋转偏光器以基准角速度的已设定的倍数进行旋转，所述等速旋转检偏器以所述基准角速度的另一已设定的倍数进行旋转，所述光检测器至少在所述基准角速度的旋转周期内输出光辐射通量值，通过所述光检测器所输出的所述光辐射通量值计算与所述光辐射通量波形有关的傅里叶系数，通过所述傅里叶系数计算所述试片的穆勒矩阵成分；
与所述曝光量有关的式为
Figure FDA0002168329630000081
所述光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数值为
Figure FDA0002168329630000082
Figure FDA0002168329630000083
其中，
Figure FDA0002168329630000085
光辐射通量波形，
I0：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的直流成分，
An、Bn：光辐射通量波形的得到校准的傅里叶系数的交流成分，
θr：对于线原点所检测到的基于基准角速度的方位角变化量，
-θr0,n：t＝0时的θr值，
ωt＝θr+θr0,n，
Nho：不是0的傅里叶系数成分中的最大指数值，
J：在旋转周期T小时的时间内所检测到的曝光量集数，
Ti：积分时间，
Td：延迟时间，
V(SP)＝(M11,…,M1v,…,Mu1,…,Muv)T：以向量表达的与所述试片有关的穆勒矩阵成分的解，
Figure FDA0002168329630000086
Figure FDA0002168329630000092
γ＝κ(1+d12cos2A+d13sin2A)(1+l1cos2P+l2sin2P)：与光学元件的透射率状态有关的共同因子，
P、A：在固定偏光器、固定检偏器的特性轴的线原点坐标系中的方位角位置，
M(SP)＝(Mjk)4×4：试片的穆勒矩阵，
κ＝μQEAPDETPSATPSGD11L0，
d12(13)＝D12(13)/D11，
l1(2)＝L1(2)/L0，
μQE：光检测器的量子效率，
APDE：光检测器的检测有效面积，
TPSG、TPSA：偏振态发生器和偏振态检偏器的有效透射系数，
u、v：根据所使用的光元件旋转型分光偏振光椭圆率测量仪的种类而不同的已设定的整数，
S(LS)＝(L0,L1,L2,L3)T：为了通过偏振态发生器而入射的光波的斯托克斯向量，
M(DOS)＝(Djk)4×4：配置于偏振态检偏器与光检测器之间的检测光学系统的穆勒矩阵，
PSG：包括固定偏光器和等速旋转偏光器的偏振态发生器，
PSA：包括等速旋转检偏器和固定检偏器的偏振态检偏器。
7.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：
试片支架(310)，用于支撑所述试片(300)；
试片移送装置，用于将所述试片的检测地点向其他地点移动；
试片保存容器，能够保存1个以上的试片；以及
试片搬运装置，用于从所述试片保存容器取出一个试片并向所述试片支架移动。
8.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，
所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括为了对所述曝光量进行检测而排列所述试片的试片排列系统，
所述试片排列系统包括：
激光器，发射光；
光学系统，使所述激光器所发射的光沿着已设定的方向来向试片入射；以及
光检测器，接收通过所述试片所反射的光。
9.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪还包括：
焦点光学系统(230)，使所述入射光的焦点向所述试片聚集；以及
准直器(430)，将通过所述试片所反射或透射的光再次变化为平行光。
10.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，
所述光源(100)为选自氙灯、卤钨灯、氘灯、气体激光、激光二极管及将它们所发射的光通过光纤维传递的装置的一种。
11.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述光检测器(500)包括电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或光电二极管元件，以线形或二维平面结构排列由多个电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体或光电二极管元件形成的像素。
12.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述光检测器(500)为包括光电倍增管或光电二极管在内的单一光检测器。
13.如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪，其特征在于，所述光检测器(500)设置有冷却装置。
14.一种利用如权利要求1所述的无色差光学元件-旋转型偏振光椭圆率测量仪的试片的穆勒矩阵检测方法，其特征在于，包括：
试片安装步骤(S10)，安装试片；
方位角选择步骤(S20)，选择固定偏光器和固定检偏器各自的设定方位角；
方位角移动步骤(S30)，将所述固定偏光器和所述固定检偏器各自的方位角向所述所设定的方位角移动；
曝光量检测步骤(S40)，对基于等速旋转偏光器和等速旋转检偏器的方位角变化的入射光的曝光量进行检测，通过所述曝光量输出光辐射通量值；
傅里叶系数计算步骤(S50)，通过所述光辐射通量值计算所述光辐射通量波形的傅里叶系数；以及
穆勒矩阵计算步骤(S60)，通过所述傅里叶系数计算所述试片的穆勒矩阵成分。
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