CN117110205A - 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法 - Google Patents

一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117110205A
CN117110205A CN202311079458.6A CN202311079458A CN117110205A CN 117110205 A CN117110205 A CN 117110205A CN 202311079458 A CN202311079458 A CN 202311079458A CN 117110205 A CN117110205 A CN 117110205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polarized light
light beam
sample
detected
angle
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.)
Granted
Application number
CN202311079458.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117110205B (zh
Inventor
吴玉年
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.)
Jingnuowei Shanghai Technology Co ltd
Original Assignee
Jingnuowei Shanghai Technology Co ltd
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 Jingnuowei Shanghai Technology Co ltd filed Critical Jingnuowei Shanghai Technology Co ltd
Priority to CN202311079458.6A priority Critical patent/CN117110205B/zh
Publication of CN117110205A publication Critical patent/CN117110205A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117110205B publication Critical patent/CN117110205B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法，通过在起偏光路单元中设置的能够进行10～170°连续旋转的第一平板分光镜，使得经过起偏器偏振调制的入射偏振光束投射至待检测样品的角度发生连续改变，且角度连续改变的入射偏振光束经过待检测样品后，在经过检偏光路单元上的第二平板分光镜或者平面反射镜后能够重新汇聚并进入检偏器中，从而使得反射偏振光束进入到光探测单元中，并根据此反射偏振光束的信号强度进行计算，并根据计算结果进行曲线拟合以得到待检测样品的信息，使得对于单波长的光也能够利用连续变化的入射光的入射角度来进行模型拟合，得到测量结果，从而提高椭偏测量装置的测量精度，并且，设计结构简单，制造成本低。

Description

一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及测量设备技术领域，特别是涉及一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法。
背景技术
光的实质是一种电磁波，而作为一种矢量波，光也具有偏振的性质，光的偏振通常可以用电场矢量E在某一个点随时间的变化来表示，按照其偏振性质又可以分为线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光以及部分偏振光。
椭偏测量装置作为一种用途很广的科学仪器，其工作原理如下：经过起偏器产生线偏振光并入射到样品上，根据样品反射光的偏振特性变化来实现对样品的光学常数和薄膜的厚度的测量，此外，椭偏测量装置的测试灵敏度极高，其可以测到1/10原子大小的膜厚的变化。
椭偏测量装置是通过测量偏振光矢量平行于入射面分量的反射系数Rp和偏振光矢量垂直于入射面分量的反射系数Rs的比率来确定样品的椭偏参数，椭偏参数的定义如下：
其中，Ψ和Δ被称为椭偏参数，δp和δs分别表示Rp和Rs的相位,根据上述公式可以得到：
Δ＝δp-δs
而椭偏测量装置的测量原理是通常是基于模型拟合，从而得到测量结果，本领域中比较常见的是光谱椭偏测量，其以波长为拟合变量进行模型拟合，进而得到所需要的测量结果，但是对于以激光等单波长光为光源的椭偏测量装置来说，由于缺少了波长这一拟合变量，从而就无法以波长来作为拟合变量来获得测量结果，从而降低了椭偏测量装置的测量精度。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种椭偏测量装置以及基于此椭偏测量装置的测量方法，使得单波长的入射光的入射角度可以发生连续变化，从而可以将入射角度作为拟合变量来进行模型拟合，以此来提高椭偏测量装置的测量精度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法，用于解决现有技术中的椭偏测量装置中无法使单波长的入射光的入射角度发生连续变化，使得在缺少波长这一拟合变量导致无法以波长作为拟合变量获得测量结果的前提下，导致的测量精度降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置，所述单波长椭偏测量装置包括：
基座和设于所述基座下方的样品台，所述样品台用于放置待检测样品；
起偏光路单元，所述起偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的起偏器、第一平板分光镜和第一物镜，由外部光源模块出射的光束经过所述起偏器完成偏振调制，从而获得偏振光束，所述偏振光束经过第一平板分光镜和第一物镜，从而实现投射至所述待检测样品的表面，且由于所述第一平板分光镜能够进行一定角度的旋转，从而能够让所述偏振光束具有不同的入射角度；
检偏光路单元，所述检偏光路单元与所述起偏光路单元对称设置于所述基座上，所述检偏光路单元用于对所述待检测样品的反射偏振光束进行检测和分析，从而得到所述待检测样品信息。
可选地，所述检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜、第二平板分光镜以及检偏器，其中，所述反射偏振光束经所述第二物镜收集后，依次通过所述第二平板分光镜和所述检偏器，所述检偏器能够对所述待检测样品表面的反射偏振光束进行偏振解调，最后进入光探测单元中。
可选地，所述第一物镜和所述第二物镜均为抛物面反射镜，且以所述待检测样品的中轴线对称设置。
可选地，所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜分别与电机控制模块连接，以实现对所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜旋转角度的连续调整。
可选地，所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜的旋转角度为10～170°，且在测量时所述第一平板分光镜与入射光束的光路方向之间的夹角和所述第二平板分光镜与出射光束的光路方向之间的夹角相等。
可选地，所述检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜、平面反射镜以及检偏器，其中，所述平面反射镜的角度设置为45度，所述反射偏振光束经所述第二物镜收集，然后依次通过所述平面反射镜和所述检偏器，最后进入光探测单元中。
可选地，所述单波长椭偏测量装置还包括有分析处理单元，所述分析处理单元能够利用所述反射偏振光束的信号强度对偏振参数进行曲线拟合计算，从而确定所述待检测样品的膜层厚度。
可选地，所述外部光源模块包括激光光源。
可选地，所述外部光源模块包括LED光源和波长选择器，所述LED光源产生的光束经过所述波长选择器变为单波长光束。
本发明还提供一种基于上述单波长椭偏测量装置进行测量待检测样品信息的方法，所述测量方法包括以下步骤：
将待检测样品置于样品台上，调整所述起偏光路单元和所述检偏光路单元，使得所述起偏器与所述检偏器均具有固定的角度，以保证能够在所述光探测单元上得到所述待检测样品的清晰成像；
调整所述第一平板分光镜具有第一角度，所述外部光源模块发出的单波长光束经过所述起偏器对其进行偏振调制后，使偏振光束以第一入射角度入射至至所述待检测样品的表面；
调整所述第二平板分光镜的角度，使偏振光束重新汇聚，经过所述检偏器的偏振解调后进入到所述光探测单元中，从而得到第一入射角度下的反射偏振光束信号强度；
重复上述步骤，得到多组不同入射角度下的反射偏振光束信号强度；根据所述反射偏振光束的信号强度和偏振参数进行计算和曲线拟合，利用所述分析处理单元确定所述待检测样品的膜层厚度和光学常数。
如上所述，本发明的角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法，具有以下有益效果：通过在起偏光路单元中设置的能够进行10～170°连续旋转的第一平板分光镜，使得经过起偏器偏振调制的入射偏振光束投射至待检测样品的角度发生连续改变，且角度连续改变的入射偏振光束经过待检测样品后，在经过检偏光路单元上的第二平板分光镜或者平面反射镜后能够重新汇聚并进入检偏器中，从而使得反射偏振光束进入到光探测单元中，并根据此反射偏振光束的信号强度对偏振参数进行曲线拟合计算，以得到待检测样品的信息，使得对于单波长的光也能够利用连续变化的入射光的入射角度来进行模型拟合，得到所需要的测量结果，提高椭偏测量装置的测量精度，并且，其设计结构简单，制造成本低。
附图说明
图1显示为本发明的一种椭偏测量装置的剖面结构示意图。
图2显示为本发明第一实施例中的椭偏测量装置的光路结构示意图。
图3显示为本发明第二实施例中的椭偏测量装置的光路结构示意图。
元件标号说明
101、样品台；102、待检测样品；103、外部光源模块；104、起偏器；105、第一平板分光镜；106、电机控制模块；107、第一物镜；108、第二物镜；109、第二平板分光镜；110、检偏器；111、光探测单元；112、平面反射镜；S1～S5、步骤。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
请参阅图1至图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
本实施例提供一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置，适用于半导体物理学、微电子学和生物学等多个领域，如图1所示，其显示为该单波长椭偏测量装置的剖面结构示意图，所述单波长椭偏测量装置包括：基座和设于所述基座下方的样品台101，所述样品台101用于放置待检测样品102；起偏光路单元，所述起偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的起偏器104、第一平板分光镜105和第一物镜107，由外部光源模块103出射的光束经过所述起偏器104完成偏振调制，从而获得偏振光束，所述偏振光束经过第一平板分光镜105和第一物镜107，从而实现投射至所述待检测样品102的表面，且由于所述第一平板分光镜105能够进行一定角度的旋转，从而能够让所述偏振光束具有不同的入射角度；检偏光路单元，所述检偏光路单元与所述起偏光路单元对称设置于所述基座上，所述检偏光路单元用于对所述待检测样品102的反射偏振光束进行检测和分析，从而得到所述待检测样品102信息。
具体来说，外部光源模块103用于提供入射光束入射至待检测样品102上，可选地，外部光源模块103可以是具有单波长的激光光源，也可以包括LED光源以及波长选择器，从而保证LED光源产生的光束经过波长选择器后也变成单波长光束。当然，在其它实施例中，外部光源模块103还可以包括卤素灯、氙灯、汞灯、贡氙灯等能够提供提供入射光束的光源。
在本实施例中，如图2所示，起偏器104设置在外部光源模块103与第一物镜107之间。起偏器104可以对外部光源模块103的入射光束进行偏振调制，以获得偏振光束，并射向第一物镜107。
此外，为了缩短光路，以实现整个单波长椭偏测量装置的小型化，外部光源模块103和起偏器104之间还可以设置准直模组，从而保证外部光源模块103发出的入射光束能够最大效率地耦合进入起偏器104中，从而在获得更大的出光效率及出光光强，进而提升对待检测样品102的薄膜信息的检测精度。
在本实施例中，如图2所示，在起偏器104与第一物镜107之间还设置有第一平板分光镜105，其中，第一平板分光镜105与电机控制模块106连接，通过电机控制模块106可以实现对第一平板分光镜105旋转角度的连续调整，这里所说的旋转角度为第一平板分光镜105与入射光束的光路方向之间的夹角，可选地，第一平板分光镜105的旋转角度为10～170°，例如，可以为10°、90°，170°等，具体不作限制。由于电机控制模块106可以控制第一平板分光镜105进行连续旋转，使得经过起偏器104进行偏振调制的偏振光束经过第一平板分光镜105时的角度也是连续变化的，从而保证经过第一物镜107入射至待检测样品102表面的偏振光束的角度也是连续变化的。
具体的，单波长椭偏测量装置中还包括有检偏光路单元，检偏光路单元与起偏光路单元对称设置，用于对从待检测样品102反射回来的反射偏振光束进行检测和分析，从而得到待检测样品102的信息。
在本实施例中，如图2所示，检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜108、第二平板分光镜109以及检偏器110，其中，第二物镜108与第一物镜107以待检测样品102的中轴线对称设置，且第一物镜107和第二物镜108均为抛物面反射镜，进一步的，抛物面反射镜为由石英玻璃磨制的带有抛物面的反射镜体，且在抛物面反射镜的表面镀银，从而实现对偏振光束在经过第一平板分光镜105入射至待检测样品102后能够实现更好的反射和聚焦效果。
作为示例，第二平板分光镜109也与电机控制模块106连接，使得第二平板分光镜109能够在电机控制模块106的作用下进行连续旋转且第二平板分光镜109的旋转角度为10～170°，即当第一平板分光镜105的旋转角度为10°时，第二平板分光镜109的旋转角度也为10°，从而保证第一平板分光镜105与入射光束的光路方向之间的夹角和第二平板分光镜109与出射光束的光路方向之间的夹角相等，使得偏振光束在经过待检测样品102的反射，进入到第二平板分光镜109后，经过第二平板分光镜109的折射，重新汇聚形成反射偏振光束并沿同一条光路入射到检偏器110中，检偏器110能够对待检测样品102表面的反射偏振光束进行偏振解调，最终进入到设置的光探测单元111中，光探测单元111能够探测到不同入射角度下的反射偏振光束信号强度。
作为示例，所述单波长椭偏测量装置还包括有分析处理单元，所述分析处理单元能够利用所述反射偏振光束的信号强度对偏振参数进行曲线拟合计算，从而确定所述待检测样品102的膜层厚度。
具体的，光探测单元111与分析处理单元之间通信连接，从而利用分析处理单元对反射偏振光束的信号强度进行曲线拟合计算，以确定待检测样品102的膜层厚度和光学常数等信息。
实施例二：
本实施例提供一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置，如图3所示，为本实施例的单波长椭偏测量装置的光路结构示意图，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜108、平面反射镜112以及检偏器110，其中，所述平面反射镜112的角度设置为45°，所述反射偏振光束经所述第二物镜108收集，然后依次通过所述平面反射镜112和所述检偏器110，最后进入光探测单元111中。
具体的，在本实施例中，在检偏光路单元中包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜108、平面反射镜112以及检偏器110，其中，其中，第二物镜108与第一物镜107以待检测样品102的中轴线对称设置，且第一物镜107和第二物镜108均为抛物面反射镜。
如图3所示，在本实施例中，平面反射镜112的角度设置为45度，使得偏振光束在经过待检测样品102的反射，进入到平面反射镜112后，经过平面反射镜112的折射，重新汇聚形成反射偏振光束并沿同一条光路入射到检偏器110中，检偏器110能够对待检测样品102表面的反射偏振光束进行偏振解调，最终进入到设置的光探测单元111中，光探测单元111能够探测到不同入射角度下的反射偏振光束信号强度。
本实施例提供的单波长椭偏测量装置的使用原理如下：
使用时，先将起偏器104调整至某一位置固定，使得起偏器104的角度为一固定值，此时经外部光源模块103发出的入射光束可以经过起偏器104、旋转角度能够连续调整的第一平板分光镜105和第一物镜107后形成具有连续变化且不同的入射角度的偏振光束照射至待检测样品102上，经待检测样品102反射后形成多个具有不同反射角度的反射偏振光束，之后反射偏振光进入检偏光路单元，经检偏光路单元中平面反射镜112的折射，重新汇聚形成反射偏振光束并沿同一条光路入射到检偏器110中，经过检偏器110对反射偏振光束的偏振解调，最终进入到设置的光探测单元111中，由于第一平板分光镜105的旋转角度能够在10～170°之间进行连续变化，从而使得光探测单元111能够接收到多组入射角度不同的反射偏振光束，进而得出多组检测数据，经过分析处理单元对检测数据进行处理后得出待检测样品102的相关参数。
实施例三：
本实施例提供一种基于上述单波长椭偏测量装置进行测量待检测样品信息的方法，所述测量方法包括以下步骤：
S1：将待检测样品102置于样品台101上，调整所述起偏光路单元和所述检偏光路单元，使得所述起偏器104与所述检偏器110均具有固定的角度，以保证能够在所述光探测单元111上得到所述待检测样品102的清晰成像；
S2：调整所述第一平板分光镜105具有第一角度，所述外部光源模块103发出的单波长光束经过所述起偏器104对其进行偏振调制后，使偏振光束以第一入射角度入射至所述待检测样品102的表面；
S3：调整所述第二平板分光镜109的角度，使偏振光束重新汇聚，经过所述检偏器110的偏振解调后进入到所述光探测单元111中，从而得到第一入射角度下的反射偏振光束信号强度；
S4：重复步骤S2～S3，得到多组不同入射角度下的反射偏振光束信号强度；
S5：根据所述反射偏振光束的信号强度和偏振参数进行计算和曲线拟合，利用所述分析处理单元确定所述待检测样品102的膜层厚度和光学常数。
以下对有关所述基于上述单波长椭偏测量装置进行测量待检测样品102信息的方法做进一步的介绍，具体如下：
本实施例中，起偏器104和检偏器110的角度均设置成固定值，从而保证偏振光束的入射角度只能在第一平面分光镜的旋转下发生角度的变化。
首先，执行步骤S1，将待检测样品102置于样品台101上，调整起偏器104和检偏器110的角度为一固定值，并调整起偏光路单元中的第一平板分光镜105和第一物镜107以及检偏光路单元中的第二物镜108以及第二平板分光镜109，以保证待检测样品102在光探测单元111上能够进行清晰成像。
其次，执行步骤S2，打开外部光源模块103中的激光光源，使得激光光源经过起偏器104，起偏器104对激光光源进行偏振调制形成偏振光束，先调整第一平板分光镜105具有第一角度，使偏振光束以第一入射角度入射至待检测样品102的表面。
然后，执行步骤S3，调整所述第二平板分光镜109的角度，使得以第一入射角度入射至待检测样品102的表面的偏振光束经过第二物镜108和第二平板分光镜109，重新汇聚成一束反射偏振光束，经过检偏器110的偏振解调后进入光探测单元111中，得到第一入射角度下的反射偏振光束信号强度。
执行步骤S4，重复上述步骤，设置第一平板分光镜105具有不同的角度，从而使得偏振光束以不同的入射角度入射至待检测样品102的表面，相对应的调整第二平板分光镜109的角度，使得偏振光束以不同的入射角度经过检偏器110进入光探测单元111，以获得多组不同入射角度下的反射偏振光束信号强度数据。
最后，执行步骤S5，根据反射偏振光束的信号强度数据和偏振参数，利用分析处理单元对上述数据进行处理，从而确定待检测样品102的膜层厚度和光学常数。
在本实施例中，假定从外部光源模块103中发出的激光光源的琼斯矢量为：
激光光源经过起偏器104后形成的偏振光束，偏振光束的标准矩阵为P，其中：
起偏器104的角度设置成固定值，当起偏器104设置的角度设置为p时，起偏器104的旋转矩阵为Rp，其中：
偏振光束矢量平行于入射面分量的反射系数为Rp，偏振光束矢量垂直于入射面分量的反射系数为Rs，则样品的琼斯矩阵为S，其中:
偏振光束经过待检测样品102后进行反射形成反射偏振光束，反射偏振光束进入检偏器110被偏振解调，反射偏振光束的标准矩阵为B，其中：
检偏器110的角度也设置成一固定值，当检偏器110设置的角度设置为a时，起偏器104的旋转矩阵为Ra，其中：
光探测单元111接收到的反射偏振光束信号强度为ED，其中：
光探测单元111接收到的反射偏振光束的光电流强度为ID，
其中：为反射偏振光束信号强度ED的厄米共轭矩阵。
对上述公式(1)～(8)进行整理可得：
ID＝I0(1+αcos2p+βsin2p) (9)
其中，α是幅值、β是相位傅里叶系数，I0是单波长光源的平均光电流，p为起偏器104设定的角度值。
根据幅值α与椭偏参数Ψ和△的关系以及相位傅里叶系数β与椭偏参数Ψ和△的关系从而可以求出椭偏参数Ψ和△，幅值α与椭偏参数Ψ和△的关系如下：
相位傅里叶系数β与椭偏参数Ψ和△的关系如下：
其中，a为检偏器110设定的角度值。
记录第一平板分光镜105调整的第一角度，在起偏器104与检偏器110的设置角度都已知时，从而可以得到光束的幅值α和相位傅里叶系数β，进而得出椭偏参数Ψ和△，通过调整不同的第一平板分光镜105的角度，得出多组第一平板分光镜105的角度与幅值α和相位傅里叶系数β对应的数据，以第一平板分光镜105的角度为变量进行幅值α和相位傅里叶系数β的曲线拟合，从而得出被测样品的光学常数和膜层厚度。
综上所述，本发明的一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法，通过在起偏光路单元中设置的能够进行10～170°连续旋转的第一平板分光镜，使得经过起偏器偏振调制的入射偏振光束投射至待检测样品的角度发生连续改变，且角度连续改变的入射偏振光束经过待检测样品后，在经过检偏光路单元上的第二平板分光镜或者平面反射镜后能够重新汇聚并进入检偏器中，从而使得反射偏振光束进入到光探测单元中，并根据此反射偏振光束的信号强度进行计算，并根据计算结果进行曲线拟合以得到待检测样品的信息，使得对于单波长的光也能够利用连续变化的入射光的入射角度来进行模型拟合，得到所需要的测量结果，从而提高椭偏测量装置的测量精度，并且，其设计结构简单，制造成本低。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置，其特征在于，所述单波长椭偏测量装置包括：
基座和设于所述基座下方的样品台，所述样品台用于放置待检测样品；
起偏光路单元，所述起偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的起偏器、第一平板分光镜和第一物镜，由外部光源模块出射的光束经过所述起偏器完成偏振调制，从而获得偏振光束，所述偏振光束经过第一平板分光镜和第一物镜，从而实现投射至所述待检测样品的表面，且由于所述第一平板分光镜能够进行一定角度的旋转，从而能够让所述偏振光束具有不同的入射角度；
检偏光路单元，所述检偏光路单元与所述起偏光路单元对称设置于所述基座上，所述检偏光路单元用于对所述待检测样品的反射偏振光束进行检测和分析，从而得到所述待检测样品的信息。
2.根据权利要求1所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜、第二平板分光镜以及检偏器，其中，所述检偏器能够对所述待检测样品表面的反射偏振光束进行偏振解调，所述反射偏振光束经所述第二物镜收集后，依次通过所述第二平板分光镜和所述检偏器，最后进入光探测单元中。
3.根据权利要求2所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述第一物镜和所述第二物镜均为抛物面反射镜，且以所述待检测样品的中轴线对称设置。
4.根据权利要求2所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜分别与电机控制模块连接，以实现对所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜旋转角度的连续调整。
5.根据权利要求4所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述第一平板分光镜和所述第二平板分光镜的旋转角度为10～170°，且在测量时所述第一平板分光镜与入射光束的光路方向之间的夹角和所述第二平板分光镜与出射光束的光路方向之间的夹角相等。
6.根据权利要求1所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述检偏光路单元包括沿光路传播方向依次设置的第二物镜、平面反射镜以及检偏器，其中，所述平面反射镜的角度设置为45°，所述反射偏振光束经所述第二物镜收集，然后依次通过所述平面反射镜和所述检偏器，最后进入光探测单元中。
7.根据权利要求1～6中任一所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述单波长椭偏测量装置还包括有分析处理单元，所述分析处理单元能够利用所述反射偏振光束的信号强度对椭偏参数进行曲线拟合计算，从而确定所述待检测样品的信息。
8.根据权利要求7所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述外部光源模块包括激光光源。
9.根据权利要求7所述的单波长椭偏测量装置，其特征在于：所述外部光源模块包括LED光源和波长选择器，所述LED光源产生的光束经过所述波长选择器变为单波长光束。
10.一种采用权利要求1～9中任一所述单波长椭偏测量装置进行测量待检测样品信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待检测样品置于样品台上，调整所述起偏光路单元和所述检偏光路单元，使得所述起偏器与所述检偏器均具有固定的角度，以保证能够在所述光探测单元上得到所述待检测样品的清晰成像；
调整所述第一平板分光镜具有第一角度，所述外部光源模块发出的单波长光束经过所述起偏器对其进行偏振调制后，使偏振光束以第一入射角度入射至至所述待检测样品的表面；
调整所述第二平板分光镜的角度，使偏振光束重新汇聚，经过所述检偏器的偏振解调后进入到所述光探测单元中，从而得到第一入射角度下的反射偏振光束信号强度；
重复上述步骤，得到多组不同入射角度下的反射偏振光束信号强度；根据所述反射偏振光束的信号强度和偏振参数进行计算和曲线拟合，利用所述分析处理单元确定所述待检测样品的膜层厚度和光学常数。
CN202311079458.6A 2023-08-24 2023-08-24 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法 Active CN117110205B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311079458.6A CN117110205B (zh) 2023-08-24 2023-08-24 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311079458.6A CN117110205B (zh) 2023-08-24 2023-08-24 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117110205A true CN117110205A (zh) 2023-11-24
CN117110205B CN117110205B (zh) 2024-05-31

Family

ID=88812376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311079458.6A Active CN117110205B (zh) 2023-08-24 2023-08-24 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117110205B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117491384A (zh) * 2023-12-11 2024-02-02 上海微崇半导体设备有限公司 晶圆检测系统及检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990009974A (ko) * 1997-07-14 1999-02-05 윤덕용 광자기.타원 분광기
KR20050024343A (ko) * 2002-06-17 2005-03-10 호리바 조뱅 이본 에스.아.에스. 고 공간해상도를 가지는 아크로메틱 분광 타원분석기
WO2006032485A1 (en) * 2004-09-22 2006-03-30 Eldim Sa Wavelength and incidence angle resolved ellipsometer or reflectometer
CN106595521A (zh) * 2016-12-12 2017-04-26 武汉颐光科技有限公司 基于液晶调相的垂直物镜式穆勒矩阵成像椭偏仪
CN111443047A (zh) * 2020-05-09 2020-07-24 中国科学院上海技术物理研究所 一种反射光相位信息表征装置及其测量方法
CN116359138A (zh) * 2023-02-28 2023-06-30 睿励科学仪器（上海）有限公司 椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法
CN116952380A (zh) * 2023-06-29 2023-10-27 晶诺微(上海)科技有限公司 一种椭圆偏振测量装置及其测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990009974A (ko) * 1997-07-14 1999-02-05 윤덕용 광자기.타원 분광기
KR20050024343A (ko) * 2002-06-17 2005-03-10 호리바 조뱅 이본 에스.아.에스. 고 공간해상도를 가지는 아크로메틱 분광 타원분석기
WO2006032485A1 (en) * 2004-09-22 2006-03-30 Eldim Sa Wavelength and incidence angle resolved ellipsometer or reflectometer
CN106595521A (zh) * 2016-12-12 2017-04-26 武汉颐光科技有限公司 基于液晶调相的垂直物镜式穆勒矩阵成像椭偏仪
CN111443047A (zh) * 2020-05-09 2020-07-24 中国科学院上海技术物理研究所 一种反射光相位信息表征装置及其测量方法
CN116359138A (zh) * 2023-02-28 2023-06-30 睿励科学仪器（上海）有限公司 椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法
CN116952380A (zh) * 2023-06-29 2023-10-27 晶诺微(上海)科技有限公司 一种椭圆偏振测量装置及其测量方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117491384A (zh) * 2023-12-11 2024-02-02 上海微崇半导体设备有限公司 晶圆检测系统及检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN117110205B (zh) 2024-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9170156B2 (en) Normal-incidence broadband spectroscopic polarimeter containing reference beam and optical measurement system
CN102297721B (zh) 斜入射宽带偏振光谱仪和光学测量系统
US8654350B2 (en) Inspecting method and inspecting apparatus for substrate surface
US8009292B2 (en) Single polarizer focused-beam ellipsometer
JPS6134442A (ja) 試料表面ないしは試料の表面膜層の物理的特性を検査するためのエリプソメトリ測定法とその装置
CN110411952B (zh) 多偏振通道面阵列探测的椭圆偏振光谱获取系统和方法
CN117110205B (zh) 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法
CN103162831B (zh) 宽带偏振光谱仪及光学测量系统
CN103048047B (zh) 包含相位元件的垂直入射宽带偏振光谱仪和光学测量系统
JP5055518B2 (ja) 超小形電子回路の計量特性化
CN116952380A (zh) 一种椭圆偏振测量装置及其测量方法
CN114910007B (zh) 一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法
CN112903598B (zh) 一种椭偏测量系统中偏振元件方位角的差分光谱定标方法
CN114910422A (zh) 一种可变入射角的光谱椭偏仪
CN114739921A (zh) 光谱仪的在线校准方法和装置
CN103134591B (zh) 近垂直入射宽带偏振光谱仪和光学测量系统
CN103185638A (zh) 宽带偏振光谱仪和光学测量系统
US20070247624A1 (en) Spectroscopic Ellipsometers
CN212540118U (zh) 一种显微角分辨反射光相位信息表征系统
KR102220731B1 (ko) 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법
US20230152213A1 (en) Ellipsometer and apparatus for inspecting semiconductor device including the ellipsometer
KR20230073058A (ko) 엘립소미터 및 그 엘립소미터를 포함한 반도체 소자 검사 장치
JP2712987B2 (ja) 偏光測定装置の調整方法
TWI428575B (zh) 頻譜式橢偏儀
CN111624162A (zh) 一种显微角分辨反射光相位信息表征系统及其测量方法

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