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原文传递光谱椭偏测量中厚度不均匀致退偏效应的修正方法及装置

专利名称：	光谱椭偏测量中厚度不均匀致退偏效应的修正方法及装置
摘要：	本发明提供一种光谱椭偏测量厚度不均匀源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。接着，通过合理假设厚度不均匀的分布函数，充分考虑每层厚度的不均匀，选择合理的节点和权重累加得到样品正向建模平均穆勒矩阵。当样品每层厚度分布随机，均采用高斯分布的节点和权重，将多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厚度不均匀退偏效应的修正，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。
专利类型：	发明专利
申请人：	武汉颐光科技有限公司
发明人：	张传维;刘贤熠;郭春付;李伟奇;刘世元
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911369701.1
公开号：	CN111122459A
代理机构：	武汉蓝宝石专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	谢洋
分类号：	G01N21/27;G01N21/21;G01B11/00;G;G01;G01N;G01B;G01N21;G01B11;G01N21/27;G01N21/21;G01B11/00
申请人地址：	430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区汤逊湖北路33号华工科技园·创新基地办公研发楼18栋4层5、6、7室
主权项：	1.一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模方法，其特征在于，包括： Step1，利用穆勒光谱椭偏仪测量待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵； Step2，根据待测样品的反射穆勒矩阵，推导不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵； Step3，基于不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵，建立多层薄膜堆栈厚度不均匀光学模型，获得厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵； Step4，针对所述厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵进行高斯数值积分，获得厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解； Step5，基于所述厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解，利用4×4传输矩阵方法正向建模，计算厚度不均匀光学模型每个节点琼斯矩阵，进而转化为样品正向建模平均穆勒矩阵； Step6，利用非线性回归算法对分离散射退偏效应后的测量光谱与建模光谱进行匹配，提取待测样品的光学参数和几何参数。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Step1中，利用穆勒光谱椭偏仪测量待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵，具体包括：通过双旋转穆勒矩阵椭偏仪测量所述待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵，从而获得待测样品的退偏信息。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Step2中，所述根据待测样品的反射穆勒矩阵，推导不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵，具体包括：假设穆勒光谱椭偏仪的入射光是完全偏振光，在椭圆光斑下的薄膜的纵向高度起伏特征尺寸差异明显，经样品反射出不同偏振态的光束，最后穆勒光谱椭偏仪的检偏端收集得到样品的平均穆勒矩阵为：式中，为平均光强反射率；<ψ>为平均振幅比角；<Δ>为平均相位差角。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，Step3中，基于不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵，建立多层薄膜堆栈厚度不均匀光学模型，具体包括：假设待测样品为m层薄膜堆栈结构，其每一层的厚度都有一个平均厚度和不均匀标准差σi(i＝1,2…m)；假设其分布密度函数为w(t)，则其厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵为：式中，S为椭圆光斑区域，M(t)为理想厚度堆栈t的穆勒矩阵；为第i层薄膜厚度ti关于第i层薄膜平均厚度分布标准差为σi的分布密度函数；σi％为第i层薄膜厚度分布标准差占第i层薄膜平均厚度的百分比。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，Step4中，所述针对所述厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵进行高斯数值积分，得到的高斯型积分公式为：式中，S为椭圆光斑区域；N1为第一层薄膜的厚度的积分节点个数；N2为第二层薄膜的厚度的积分节点个数；Nm为第m层薄膜的厚度的积分节点个数；当m层厚度选择相同的节点个数和分布形式时，N为简化后的积分节点个数；M(Ti)为第i个节点对应厚度向量Ti下的理想样品穆勒矩阵；wi为第i个节点的权重；为m层薄膜平均厚度向量；σ％为m层薄膜厚度分布的标准差百分比的向量。 6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，Step5中，利用4×4传输矩阵方法正向建模，计算厚度不均匀光学模型每个节点琼斯矩阵，进而转化为样品正向建模平均穆勒矩阵，具体包括：式中，T为薄膜传输矩阵；m为薄膜堆栈的层数；Jones为琼斯矩阵；p为平行入射面的偏振光振动方向，s为垂直入射面的偏振光振动方向；rpp为pp方向的菲涅尔反射系数；rps为ps方向的菲涅尔反射系数；rsp为sp方向的菲涅尔反射系数；rss为ss方向的菲涅尔反射系数；Li-1为环境层入射矩阵；Tjp(-dj)为第j层薄膜部分传输矩阵；Lt为基底初设矩阵；为克罗内克积；J*为琼斯矩阵J的复共轭矩阵，A-1为矩阵A的逆矩阵；M为样品正向建模平均穆勒矩阵；矩阵A为： 7.一种光谱椭偏测量厚度不均匀源退偏效应修正建模装置，其特征在于，包括：测量模块，用于利用穆勒光谱椭偏仪测量待测样品，获得待测样品的反射穆勒矩阵。平均穆勒矩阵推导模块，用于根据待测样品的反射穆勒矩阵，推导不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵；模型建立模块，用于基于不同厚度待测样品反射的平均穆勒矩阵，建立多层薄膜堆栈厚度不均匀光学模型，获得厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵；高斯数值积分模块，用于针对所述厚度不均匀光学模型对应的穆勒矩阵进行高斯数值积分，获得厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解。椭偏参数计算模块，用于基于所述厚度不均匀光学模型穆勒矩阵数值解，利用4×4传输矩阵方法正向建模，计算厚度不均匀光学模型每个节点琼斯矩阵，进而转化为样品正向建模平均穆勒矩阵；参数提取模块，用于利用非线性回归算法对分离散射退偏效应后的测量光谱与建模光谱进行匹配，提取待测样品的光学参数和几何参数。 8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6任一项所述方法的步骤。 9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述方法的步骤。
所属类别：	发明专利