CN109141259B - 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法 - Google Patents

一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109141259B
CN109141259B CN201810885777.9A CN201810885777A CN109141259B CN 109141259 B CN109141259 B CN 109141259B CN 201810885777 A CN201810885777 A CN 201810885777A CN 109141259 B CN109141259 B CN 109141259B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thickness
sample
measured
reflectivity
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810885777.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109141259A (zh
Inventor
江浩
刘佳敏
刘世元
谷洪刚
石雅婷
张传维
陈修国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201810885777.9A priority Critical patent/CN109141259B/zh
Publication of CN109141259A publication Critical patent/CN109141259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109141259B publication Critical patent/CN109141259B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection

Abstract

本发明属于光学测量相关技术领域，其公开了薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法，该测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量。本发明实现了薄吸收膜光学常数与厚度的有效表征，同时实现了非透明基底上薄吸收膜的光学常数与厚度的原位表征，且结构简单，易于实施。

Description

一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法
技术领域
本发明属于光学测量相关技术领域，更具体地，涉及一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法。
背景技术
薄吸收膜如薄金属膜、薄金属氧化物膜、薄聚合物膜等具有广泛的应用价值，例如，采用薄金属膜制备的表面等离激元金属纳米结构，能够增强有机光伏器件中的光捕获能力；利用两层厚度小于10纳米的铁磁性金属层构成的巨磁阻效应结构的表面电阻就依赖于金属层的厚度；薄金属氧化物如ZrO2薄膜已逐渐应用于金属氧化物半导体电容器或者场效应晶体管制造领域；采用静电逐层自组装技术制备的薄聚苯薄膜具有功能复合、导电性随厚度可调等特点，广泛用作为有机电致变色材料。这些薄吸收膜的使用性能均是随厚度不断改变的，其中也有一些薄吸收膜的使用性能会受其光学属性制约。因此，精确地表征这些薄膜的光学常数和厚度，对合理利用上述薄吸收膜是十分必要的。
典型表征薄吸收膜的方法主要有两种：一种是表征薄吸收膜形貌及厚度的AFM、TEM等，另一种是光谱椭偏测量技术。前一种方法虽然测量过程直观，但其制样过程繁杂，效率低下。后一种方法目前多是表征透明基底上薄吸收膜的厚度与光学常数，难以表征非透明基底上薄吸收膜的属性。
目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN1773250A公开了一种改善的椭偏测量超薄膜的方法与装置，通过将探测光束反复导向到待测薄膜表面，使得探测光束能够反复在薄膜层中传播，以累积薄膜膜层引起的相移，从而通过对包含相移的椭偏测量数据进行反演拟合，可提取出此薄膜的膜厚。然而，此方法易因探测光束在薄膜表面光斑位置的微小迁移而引入误差，且反复将探测光束导向到待测超薄膜表面同一点的测量装置比较复杂，难以实现原位及在线测量。此外，该方法由于所依赖的椭偏测量技术过于简单，使得该方法难以表征出待测超薄膜的光学常数。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法，其基于光学常数与厚度成强耦合关系的薄吸收膜的测量需求，研究及设计了一种能够实现原位表征的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法。该测量装置采用集成化的椭偏参数测量模块及反射率测量模块同时测量薄吸收膜的椭偏参数与反射率，然后通过厚度遍历对所测椭偏参数和反射率进行逐波长式的反演拟合，以获取薄吸收膜的厚度；之后，对此薄吸收膜的光学常数进行振子参数化，重新对所测椭偏参数进行反演拟合以得到更准确的光学常数。由此实现了薄吸收膜光学常数与厚度的有效表征，同时实现了非透明基底上薄吸收膜的光学常数与厚度的原位表征。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置，该测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量；
所述椭偏参数测量模块测量所述待测样品椭偏参数的过程与所述反射率测量模块测量所述待测样品反射率的过程是同步的，从而获取所述待测样品原位的、实时的椭偏参数与反射率。
进一步地，所述椭偏参数测量模块包括第一宽光谱光源、第一准直透镜组、第一偏振片、第一1/4波片及第一中空电机，所述第一宽光谱光源、所述第一准直透镜组、所述第一偏振片及所述第一1/4波片依次间隔设置以形成入射光路，所述第一1/4波片连接于所述第一中空电机。
进一步地，所述椭偏参数测量模块包括第二中空电机、第二1/4波片、第二偏振片、第二消色差会聚透镜及第一光谱仪，所述第二1/4波片、所述第二偏振片、所述第二消色差会聚透镜及所述第一光谱仪依次间隔设置以形成反射光路，所述第二1/4波片连接于所述第二中空电机。
进一步地，所述第一宽光谱光源用于输出光谱范围为200nm～1100nm的白光光束；所述第一准直透镜组用于将所述第一宽光谱光源发出的白色光束准直成光束传输质量良好的平行光束；该平行光束首先被所述第一偏振片调制成X方向的线偏振光，随后被旋转的所述第一1/4波片进一步调制后以特定入射角入射到待测样品表面；所述待测样品表面的反射光束首先被旋转地所述第二1/4波片调制，而后被方位角固定的所述第二偏振片进行检偏调制，接着，检偏后的光束被所述第二消色差会聚透镜聚焦到所述第一光谱仪的狭缝中而被所述第一光谱仪探测。
进一步地，所述特定入射角为45°～80°。
进一步地，所述特定入射角为60°、65°或者70°。
进一步地，所述第一中空电机的转速与所述第二中空电机的转速之比为5:1。
进一步地，所述反射率测量模块包括第二宽光谱光源、第二准直透镜组、非偏振分束器、第四消色差会聚透镜及第二光谱仪，所述第二宽光谱光源、所述第二准直透镜组及所述非偏振分束器依次沿水平方向间隔设置；所述第四消色差会聚透镜及所述第二光谱仪沿竖直方向间隔设置，且所述第四消色差会聚透镜位于所述第二光谱仪及所述非偏振分束器之间；所述第二宽光谱光源用于稳定的提供白光光束，该白色光束首先被所述第二准直透镜组准直成传输质量良好的平行光束，随机被透反比为1:1的所述非偏振分束器分束成子反射光束和子透射光束；其中，所述子反射光束准直入射到所述待测样品表面，子透射光束离开所述反射率测量模块；所述待测样品将此子反射光束反射回所述非偏振分束器，相应地透射光束被所述第四消色差会聚透镜会聚到所述第二光谱仪中。
按照本发明的另一个方面，提供了一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，该方法主要包括以下步骤：
S1，提供如上所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置，将所述测量装置进行对准后采用所述反射率模块对参考样品进行测量并记录相应的反射光强曲线Ir；
S2，采用椭偏参数测量模块及反射率测量模块对待测样品进行测量以得到椭偏参数ψm、Δm及反射光强曲线Is，并在无样品的情况下测得所述反射率测量模块的直流噪声信号IDC，进而采用公式R＝(Is-IDC)/(Ir-IDC)计算出所述待测样品的法向反射率Rm；
S3，建立所述待测样品的光学模型f(x,a)，并利用所述待测样品的先验厚度d0确定一个厚度遍历范围[dmin,dmax]，该厚度遍历范围[dmin,dmax]包含待测样品的真实厚度dreal，并将此厚度遍历范围[dmin,dmax]离散成一系列厚度值d1、d2、d3、…、dk、…、dn，然后逐一遍历；
S4，将待测样品的猜想光学常数nguess、kguess和遍历厚度dk输入到所述光学模型f(x,a)中，计算得到理论的ψc、Δc和反射率Rc，然后结合椭偏参数ψm、Δm及法向反射率Rm进行逐波长拟合以得到遍历厚度dk对应的均方根误差MSEk，所有的MSEk将构成一个集合{MSE}，该集合{MSE}中的最小值MSEmin所对应的遍历厚度值即为待测样品的测量厚度值；
S5，采用振子模型来表达步骤S4中反演拟合得到的光学常数，并重新对所测椭偏参数进行全光谱式的反演拟合，以得到更准确的光学常数。
进一步地，步骤S4中的反演拟合采用公式(1)进行，步骤S5中的反演拟合采用公式(2)进行，公式(1)及公式(2)分别为：
Figure BDA0001755610220000051
Figure BDA0001755610220000052
式中，nini和kini为在前一个波长点上由反演拟合得到的初始光学常数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法主要具有以下有益效果：
1.该测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量，灵活性较高，实用性较强。
2.所述测量方法采用对椭偏参数与反射率同时实施点对点式的反演拟合策略，可有效地解耦薄吸收膜光学常数与厚度的强相关性，进而可准确地确定出超薄金属膜或超薄吸收膜的厚度，而且在厚度确定后单独对椭偏参数进行振子参数化式的反演拟合，能够获取待测样品的更准确的光学常数，为表征超薄金属或超薄吸收膜的厚度与光学常数提供了有效的测量途径。
3.得益于所测对象为椭偏参数与反射率，所述测量装置和方法能够表征非透明基底上薄吸收膜的光学常数与厚度；同时所述测量装置的光路布局容易实现，并且样品在测量过程中仅需一次装夹，避免了因样品重复装夹而造成的测量误差。
4.所述椭偏参数测量模块测量所述待测样品椭偏参数的过程与所述反射率测量模块测量所述待测样品反射率的过程是同步的，从而获取所述待测样品原位的、实时的椭偏参数与反射率。
附图说明
图1是本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置使用时的状态示意图。
图2是本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法的流程示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：10-第一宽光谱光源，20-第一准直透镜组，21-第一消色差会聚透镜，22-第一光阑，23-第一消色差准直透镜，30-第一偏振片，40-第一1/4波片，50-第一中空电机，60-待测样品，70-第二中空电机，80-第二1/4波片，90-第二偏振片，100-第二消色差会聚透镜，110-第一光谱仪，120-第二宽光谱光源，130-第二准直透镜组，131-第三消色差会聚透镜，132-第二光阑，133-第二消色差准直透镜，140-非偏振分束器，150-第四消色差会聚透镜，160-第二光谱仪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块及反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块的探测光束与所述反射率测量模块的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位和在线测量。
所述椭偏参数测量模块包括第一宽光谱光源10、第一准直透镜组20、第一偏振片30、第一1/4波片40、第一中空电机50、第二中空电机70、第二1/4波片80、第二偏振片90、第二消色差会聚透镜100及第一光谱仪110，所述第一宽光谱光源10、所述第一准直透镜组20、所述第一偏振片30及所述第一1/4波片40依次间隔设置以形成入射光路，所述第一1/4波片40连接于所述第一中空电机50。所述第二1/4波片80、所述第二偏振片90、所述第二消色差会聚透镜100及所述第一光谱仪110依次间隔设置以形成反射光路，所述第二1/4波片连接于所述第二中空电机70。
其中，所述第一宽光谱光源10用于输出光谱范围为200nm～1100nm的白光光束。所述第一准直透镜组20包括第一消色差会聚透镜21、第一光阑22及第一消色差准直透镜23，所述第一光阑22设置在所述第一消色差会聚透镜21及所述第一消色差准直透镜23的共轭焦点上。所述第一消色差会聚透镜21邻近所述第一宽光谱光源10设置。所述第一准直透镜组20用于将所述第一宽光谱光源10发出的白色光束准直成光束传输质量良好的平行光束。该平行光束首先被所述第一偏振片30调制成X方向的线偏振光，随后被旋转的所述第一1/4波片40进一步调制后以特定入射角入射到待测样品60表面。本实施方式中，所述特定入射角为45°～80°，优选地，所述特定入射角为60°、65°或者70°。所述第一1/4波片40由所述第一中空电机50带动旋转，所述中空电机50设置有中空轴，使得入射偏振光束的传播路径不会被所述第一中空电机50阻挡。
反射光路中，所述待测样品60表面的反射光束首先被旋转地所述第二1/4波片80调制，而后被方位角固定的所述第二偏振片90进行检偏调制，其中，所述第二1/4波片80是由所述第二中空电机70驱动旋转的。接着，检偏后的光束被所述第二消色差会聚透镜100聚焦到所述第一光谱仪110的狭缝中而被所述第一光谱仪110探测。
本实施方式中，所述第一中空电机50的转速与所述第二中空电机70的转速之比为5:1。通过所述第一光谱仪110探测到的光强信号进行傅里叶变换可以得到所述待测样品60在相应入射角下的椭偏参数ψ、Δ。
所述反射率测量模块包括第二宽光谱光源120、第二准直透镜组130、非偏振分束器140、第四消色差会聚透镜150及第二光谱仪160，所述第二宽光谱光源120、所述第二准直透镜组130及所述非偏振分束器140依次沿水平方向间隔设置。所述第四消色差会聚透镜150及所述第二光谱仪160沿竖直方向间隔设置，且所述第四消色差会聚透镜150位于所述第二光谱仪160及所述非偏振分束器140之间。
所述第二宽光谱光源120用于稳定的提供光谱范围为200nm～1100nm的白光光束，该白色光束首先被所述第二准直透镜组130准直成传输质量良好的平行光束，随机被透反比为1:1的所述非偏振分束器140分束成子反射光束和子透射光束。其中，所述子反射光束准直入射到所述待测样品60表面，子透射光束离开所述反射率测量模块。所述待测样品60将此子反射光束反射回所述非偏振分束器140，即自所述待测样品60表面反射回的子反射光束再一次被分束，相应地透射光束被所述第四消色差会聚透镜150会聚到所述第二光谱仪160中。
所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置工作时，所述椭偏参数测量模块测量椭偏参数的过程与所述反射率测量模块测量反射率的过程同步，从而获得所述待测样品60的原位、实时的椭偏参数与反射率。此外，所述椭偏参数测量模块的系统校准过程与反射率测量过程中的参考样品的反射光强测量过程是同时进行的，以节省时间。
请参阅图2，本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法主要包括以下步骤：
S1，提供如上所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置，并将所述椭偏参数测量模块及所述反射率测量模块的光路调节至对准状态。
S2，基于参考样品，对所述椭偏参数测量模块进行校准。具体地，采用标准SiO2样品作为参考样品。
S3，采用反射率测量模块对所述参考样品进行测量并记录相应的反射光强曲线Ir。
S4，采用椭偏参数测量模块及反射率测量模块对待测样品进行测量以得到椭偏参数ψm、Δm及反射光强曲线Is。
S5，所述反射率测量模块在无样品的情况下进行测量，以得到所述反射率测量模块的直流噪声信号IDC。
S6，利用R＝(Is-IDC)/(Ir-IDC)可直接计算出所述待测样品的法向反射率Rm。
本实施方式中，所研究的待测样品60是薄吸收膜，如超薄金属膜、超薄金属氧化物薄膜等，它们的光学常数随着薄膜厚度是不断变化的，即其光学常数与厚度是强耦合的。直接通过测量待测样品60的椭偏参数，再对椭偏参数进行反演计算是难以获得该待测样品60的光学常数及厚度的，故需要采取特定策略对所测椭偏参数与反射率进行反演计算，以获取待测样品60的光学常数与厚度。
S7，建立所述待测样品的光学模型f(x,a)，其中该光学模型的输入量为x和a，输出量为椭偏参数ψc、Δc和反射率Rc。具体地，x为待测样品60的光学常数与厚度；a包含与待测样品60有关的已知参数，如入射角、基底的光学常数等。
S8，利用所述待测样品的先验厚度d0确定一个厚度遍历范围[dmin,dmax]，该厚度范围[dmin,dmax]包含待测样品的真实厚度dreal，并将此厚度遍历范围[dmin,dmax]离散成一系列厚度值d1、d2、d3、…、dk、…、dn，然后逐一遍历。
S9，将待测样品的猜想光学常数nguess、kguess和遍历厚度dk输入到所述光学模型f(x,a)中，计算得到理论的ψc、Δc和反射率Rc，然后结合椭偏参数ψm、Δm及法向反射率Rm进行逐波长拟合以得到遍历厚度dk对应的均方根误差MSEk，所有的MSEk将构成一个集合{MSE}，该集合{MSE}中的最小值MSEmin所对应的遍历厚度值即为待测样品的测量厚度值。
具体地，在前一个波长点上由反演拟合得到的初始光学常数nini和kini将作为后一个波长点反演拟合的输入初值，此反演拟合采用的表达式如下：
Figure BDA0001755610220000101
S10，采用振子模型来表达步骤S9中反演拟合得到的光学常数，并重新对所测椭偏参数进行光光谱式的反演拟合，以得到更准确的光学常数。此时采用的反演拟合表达式如下：
Figure BDA0001755610220000102
本发明提供的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置与方法，其采用对椭偏参数与反射率同时实施点对点式的反演拟合策略，可有效地解耦薄吸收膜光学常数与厚度的强相关性，进而可准确地确定出超薄金属膜或超薄吸收膜的厚度，且结合了振子参数化式的反演拟合，获得了更准确的光学常数，结构简单，易于实施，灵活性较高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：
S1，提供薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置，所述测量装置包括集成于一体的椭偏参数测量模块与反射率测量模块，所述椭偏参数测量模块与所述反射率测量模块相对设置，且所述椭偏参数测量模块得到的探测光束与所述反射率测量模块得到的探测光束辐照于待测样品的相同位置，从而实现了待测样品表面同一点的椭偏参数与反射率的同时、原位及在线测量；所述椭偏参数测量模块测量所述待测样品椭偏参数的过程与所述反射率测量模块测量所述待测样品反射率的过程是同步的，从而获取所述待测样品原位的、实时的椭偏参数与反射率；接着，将所述测量装置进行对准后采用所述反射率测量模块对参考样品进行测量并记录相应的反射光强曲线Ir；
S2，采用椭偏参数测量模块及反射率测量模块对待测样品进行测量以得到椭偏参数ψm、Δm及反射光强曲线Is，并在无样品的情况下测得所述反射率测量模块的直流噪声信号IDC，进而采用公式R＝(Is-IDC)/(Ir-IDC)计算出所述待测样品的法向反射率Rm；
S3，建立所述待测样品的光学模型f(x,a)，并利用所述待测样品的先验厚度d0确定一个厚度遍历范围[dmin,dmax]，该厚度遍历范围[dmin,dmax]包含待测样品的真实厚度dreal，并将此厚度遍历范围[dmin,dmax]离散成一系列厚度值d1、d2、d3、…、dk、…、dn，然后逐一遍历；
S4，将待测样品的猜想光学常数nguess、kguess和遍历厚度dk输入到所述光学模型f(x,a)中，计算得到理论的ψc、Δc和反射率Rc，然后结合椭偏参数ψm、Δm及法向反射率Rm进行逐波长拟合以得到遍历厚度dk对应的均方根误差MSEk，所有的MSEk将构成一个集合{MSE}，该集合{MSE}中的最小值MSEmin所对应的遍历厚度值即为待测样品的测量厚度值；
S5，采用振子模型来表达步骤S4中反演拟合得到的光学常数，并重新对所测椭偏参数进行全光谱式的反演拟合，以得到更准确的光学常数。
2.如权利要求1所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：步骤S4中的反演拟合采用公式(1)进行，步骤S5中的反演拟合采用公式(2)进行，公式(1)及公式(2)分别为：
Figure FDA0002349923570000021
Figure FDA0002349923570000022
式中，nini和kini为在前一个波长点上由反演拟合得到的初始光学常数。
3.如权利要求1所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述椭偏参数测量模块包括第一宽光谱光源、第一准直透镜组、第一偏振片、第一1/4波片及第一中空电机，所述第一宽光谱光源、所述第一准直透镜组、所述第一偏振片及所述第一1/4波片依次间隔设置以形成入射光路，所述第一1/4波片连接于所述第一中空电机。
4.如权利要求3所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述椭偏参数测量模块包括第二中空电机、第二1/4波片、第二偏振片、第二消色差会聚透镜及第一光谱仪，所述第二1/4波片、所述第二偏振片、所述第二消色差会聚透镜及所述第一光谱仪依次间隔设置以形成反射光路，所述第二1/4波片连接于所述第二中空电机。
5.如权利要求4所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述第一宽光谱光源用于输出光谱范围为200nm～1100nm的白光光束；所述第一准直透镜组用于将所述第一宽光谱光源发出的白光光束准直成光束传输质量良好的平行光束；该平行光束首先被所述第一偏振片调制成X方向的线偏振光，随后被旋转的所述第一1/4波片进一步调制后以特定入射角入射到待测样品表面；所述待测样品表面的反射光束首先被旋转地所述第二1/4波片调制，而后被方位角固定的所述第二偏振片进行检偏调制，接着，检偏后的光束被所述第二消色差会聚透镜聚焦到所述第一光谱仪的狭缝中而被所述第一光谱仪探测。
6.如权利要求5所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述特定入射角为45°～80°。
7.如权利要求6所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述特定入射角为60°、65°或者70°。
8.如权利要求6所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述第一中空电机的转速与所述第二中空电机的转速之比为5:1。
9.如权利要求1-8任一项所述的薄吸收膜的光学常数与厚度的测量方法，其特征在于：所述反射率测量模块包括第二宽光谱光源、第二准直透镜组、非偏振分束器、第四消色差会聚透镜及第二光谱仪，所述第二宽光谱光源、所述第二准直透镜组及所述非偏振分束器依次沿水平方向间隔设置；所述第四消色差会聚透镜及所述第二光谱仪沿竖直方向间隔设置，且所述第四消色差会聚透镜位于所述第二光谱仪及所述非偏振分束器之间；所述第二宽光谱光源用于稳定的提供白光光束，该白光光束首先被所述第二准直透镜组准直成传输质量良好的平行光束，随机被透反比为1:1的所述非偏振分束器分束成子反射光束和子透射光束；其中，所述子反射光束准直入射到所述待测样品表面，子透射光束离开所述反射率测量模块；所述待测样品将此子反射光束反射回所述非偏振分束器，相应地子透射光束被所述第四消色差会聚透镜会聚到所述第二光谱仪中。
CN201810885777.9A 2018-08-06 2018-08-06 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法 Active CN109141259B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810885777.9A CN109141259B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810885777.9A CN109141259B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109141259A CN109141259A (zh) 2019-01-04
CN109141259B true CN109141259B (zh) 2020-06-30

Family

ID=64791848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810885777.9A Active CN109141259B (zh) 2018-08-06 2018-08-06 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109141259B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110333191B (zh) * 2019-07-03 2021-12-31 山东大学 一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用
CN110376136B (zh) * 2019-07-19 2021-01-01 华中科技大学 高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置及方法
CN112361972B (zh) * 2020-11-18 2022-11-01 华侨大学 一种多层膜厚度及光学特性检测方法
CN113340818B (zh) * 2021-06-02 2022-08-05 天津大学 一种自洽验证差分光谱仪及测量方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6352004A (ja) * 1986-08-22 1988-03-05 Hitachi Micro Comput Eng Ltd 測定装置
US5608526A (en) * 1995-01-19 1997-03-04 Tencor Instruments Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system
US6713753B1 (en) * 2001-07-03 2004-03-30 Nanometrics Incorporated Combination of normal and oblique incidence polarimetry for the characterization of gratings
CN101261116A (zh) * 2008-04-20 2008-09-10 华中科技大学 一种薄膜厚度和折射率的光学测量方法及其装置
CN101718681A (zh) * 2009-12-09 2010-06-02 杨良 用于椭偏测量系统中光路通断自动控制的装置和方法
CN102980748A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法
CN103221803A (zh) * 2010-11-26 2013-07-24 株式会社理光 光学传感器以及图像形成设备
CN103575661A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 北京智朗芯光科技有限公司 包含垂直入射和斜入射的光学测量系统
CN106595501A (zh) * 2016-11-25 2017-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 测量光学薄膜厚度或均匀性的方法
CN107504907A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 超薄薄膜厚度和光学常数的测量装置和测量方法
CN108036744A (zh) * 2017-11-23 2018-05-15 华中科技大学 一种纳米薄膜制备过程的大面积动态测量装置及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6352004A (ja) * 1986-08-22 1988-03-05 Hitachi Micro Comput Eng Ltd 測定装置
US5608526A (en) * 1995-01-19 1997-03-04 Tencor Instruments Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system
US6713753B1 (en) * 2001-07-03 2004-03-30 Nanometrics Incorporated Combination of normal and oblique incidence polarimetry for the characterization of gratings
CN101261116A (zh) * 2008-04-20 2008-09-10 华中科技大学 一种薄膜厚度和折射率的光学测量方法及其装置
CN101718681A (zh) * 2009-12-09 2010-06-02 杨良 用于椭偏测量系统中光路通断自动控制的装置和方法
CN103221803A (zh) * 2010-11-26 2013-07-24 株式会社理光 光学传感器以及图像形成设备
CN103575661A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 北京智朗芯光科技有限公司 包含垂直入射和斜入射的光学测量系统
CN102980748A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法
CN107504907A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 超薄薄膜厚度和光学常数的测量装置和测量方法
CN106595501A (zh) * 2016-11-25 2017-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 测量光学薄膜厚度或均匀性的方法
CN108036744A (zh) * 2017-11-23 2018-05-15 华中科技大学 一种纳米薄膜制备过程的大面积动态测量装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
紧凑型光谱薄膜测厚仪的研制;刘佳敏等;《激光技术》;20160731;第40卷(第4期);正文第472-475页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109141259A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109141259B (zh) 一种薄吸收膜的光学常数与厚度的测量装置及方法
CN106595521B (zh) 基于液晶调相的垂直物镜式穆勒矩阵成像椭偏仪
CN113777049B (zh) 一种角分辨快照椭偏仪及其测量系统与方法
CN109115690B (zh) 实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪及光学常数测量方法
US8169612B2 (en) System and method for performing ellipsometric measurements on an arbitrarily large or continuously moving sample
JP2010530074A (ja) 単一偏光子焦点エリプソメータ
CN101852591A (zh) 一种基于磁光效应的成像椭偏仪
CN111122460A (zh) 单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置
CN103196865B (zh) 同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法
Kenaz et al. Mapping spectroscopic micro-ellipsometry with sub-5 microns lateral resolution and simultaneous broadband acquisition at multiple angles
CN109115695B (zh) 一种各向异性体材料光学常数和欧拉角的提取方法
CN113340818B (zh) 一种自洽验证差分光谱仪及测量方法
CN113358604B (zh) 一种斜入射式光谱型反射差分测量装置及方法
Kim et al. LASIE: large area spectroscopic imaging ellipsometry for characterizing multi-layered film structures
CN113777048B (zh) 一种共轴超快光谱椭偏仪及测量方法
Srisuwan et al. Validiation of photometric ellipsometry for refractive index and thickness measurements
CN217716312U (zh) 一种基于激光椭偏系统的薄膜厚度测量装置
Tsai et al. Deassociate the initial temporal phase deviation provided by photoelastic modulator for stroboscopic illumination polarization modulated ellipsometry
CN110687052A (zh) 一种测量光学带隙的方法和系统
US20110292387A1 (en) Circular Dichroism Spectrophotometric Method And Circular Dichroism Spectrophotometry Apparatus Using ATR Method
US20230010806A1 (en) Spectroscopic ellipsometry system for thin film imaging
JP2917938B2 (ja) 偏光解析方法および偏光解析装置
KR102631478B1 (ko) 이등방성 물질의 굴절률 측정장치 및 그를 이용한 측정방법
Li et al. Research on spectroscopic ellipsometry in China with future challenges
JP3537732B2 (ja) 電圧制御液晶リターダーを用いるエリプソメーター

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant