橢圓偏振測(cè)量?jī)x是目前zui重要的薄膜測(cè)試工具之一。其中苛萎，干涉式橢偏測(cè)量?jī)x具有測(cè)量速度快桨昙、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一腌歉。本文提出了一種新型激光外差干涉橢偏測(cè)量術(shù)用于實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的薄膜厚度測(cè)量蛙酪。
非偏振分光鏡對(duì)橢偏儀的影響（一）-系統(tǒng)原理
Hazebroek等人于1973年首次提出了干涉式橢偏測(cè)量的概念，針對(duì)其中存在的問(wèn)題翘盖，有人提出了使用塞曼激光和聲光調(diào)制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)桂塞，還有人提出采用電光調(diào)制和波長(zhǎng)調(diào)制半導(dǎo)體激光器的方案。Watkins采用壓電晶體振蕩的方法產(chǎn)生拍頻馍驯，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了SiO2膜阁危，zui佳測(cè)量不確定度可達(dá)360pm。以上理論研究和實(shí)驗(yàn)表明汰瘫，干涉式橢偏測(cè)量技術(shù)對(duì)于實(shí)時(shí)狂打、快速薄膜測(cè)量有很好的應(yīng)用價(jià)值與市場(chǎng)潛力，但外差干涉測(cè)量中存在的非線性誤差是阻礙該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的主要原因混弥。外差干涉測(cè)量系統(tǒng)中的非線性誤差一直是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)趴乡，研究人員對(duì)激光源、偏振分光鏡蝗拿、波片晾捏、反射鏡等誤差源開(kāi)展了很多研究工作，并取得了許多有意義的研究成果哀托，提出了多種非線性誤差測(cè)量與補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ胄痢Ｔ诩す飧缮鏈y(cè)量非線性誤差研究中，偏振分光鏡(Polarizing beam splitter仓手，PBS)一直是研究的重點(diǎn)胖齐，而對(duì)于非偏振分光鏡(Nonpolarizing Beam Splitter，NPBS)引入的非線性誤差俗或，國(guó)內(nèi)外一直缺乏相應(yīng)的研究市怎。Hou等人在邁克爾遜式外差干涉位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)到NPBS引入的測(cè)量誤差辛慰，并發(fā)現(xiàn)采用不同激光源区匠，位移非線性誤差約為1.6～2.2nm，但是各種論文沒(méi)有給出相應(yīng)的理論分析以及NPBS對(duì)誤差的影響機(jī)理。
本文針對(duì)基于橫向塞曼激光器的馬赫-曾德?tīng)柾獠罡缮鏅E偏測(cè)量系統(tǒng)驰弄，采用瓊斯矢量法麻汰，首次研究了多層介質(zhì)膜NPBS的退偏效應(yīng)、方位角對(duì)測(cè)量精度的影響戚篙。
系統(tǒng)原理
馬赫-曾德?tīng)柛缮媸綑E偏儀原理如圖1所示五鲫。其中，HWP為半波片岔擂，M為反射鏡位喂，Ds和Dp為探測(cè)器。橫向塞曼激光器輸出雙頻正交線偏振光乱灵，頻差△W=W2-W1塑崖。經(jīng)過(guò)PBS1分成測(cè)量光束W1和參考光束W2，測(cè)量光束被薄膜兩次反射后痛倚，在NPBS2與參考光束合光干涉规婆，由PBS2分成p，s兩路外差干涉信號(hào)蝉稳。比較探測(cè)器輸出的拍頻信號(hào)幅值和相位差可得到橢偏參數(shù)抒蚜。其中，半波片使得光束偏振方向旋轉(zhuǎn)45°耘戚，這樣p嗡髓，s分量近似等強(qiáng)入射到薄膜樣品，可提高干涉調(diào)制度毕莱。
圖1光學(xué)系統(tǒng)原理圖
橫向塞曼激光器的輸出可以表示為：
其中：a1和a2代表初始相位器贩。系統(tǒng)的瓊斯響應(yīng)可以表示為：
其中，下標(biāo)R和T分別代表反射和透射朋截，P，H吧黄，B部服，M和S分別表示PBS、半波片拗慨、NPBS廓八、反射鏡和薄膜樣品的瓊斯矩陣，如式(3)所示赵抢。
將式(1)剧蹂，(3)和(4)帶入式(2)可得：
忽略不影響結(jié)果的常數(shù)項(xiàng)，可得兩路外差信號(hào)的光強(qiáng)如下式所示：
比較式(6)中兩路信號(hào)的幅值和相位烦却，可得橢偏參數(shù)對(duì)(
宠叼，△)，如式(7)所示，從而反演出薄膜厚度和折射率冒冬。
測(cè)試樣品為單層ITO膜伸蚯，采用原子力顯微鏡標(biāo)定，厚度為120.1nm简烤，實(shí)驗(yàn)存在5nm的膜厚測(cè)量誤差剂邮。其中，PBS的非理想和激光源輸出偏振態(tài)畸變會(huì)引入混頻非線性誤差横侦，而NPBS也是一個(gè)重要的誤差源挥萌。
了解更多詳情，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)上海昊量光電的官方網(wǎng)頁(yè)：
http://www.wjjzl.com/three-level-56.html
相關(guān)文獻(xiàn)：
1王勇輝,鄭春龍,趙振堂.基于斯托克斯橢偏測(cè)量系統(tǒng)的多點(diǎn)定標(biāo)法[J].中國(guó)激光,2012,39(11):163-167.
2侯俊峰,于佳,王東光,鄧元勇,張志勇,孫英姿.自校準(zhǔn)法測(cè)量波片相位延遲[J].中國(guó)激光,2012,39(4):173-179.
3王喜寶,宋連科,朱化鳳,郝殿中,蔡君古.連續(xù)偏光干涉法測(cè)量波片寬波段延遲量變化[J].激光技術(shù),2012,36(2):258-261.
4趙振堂,林天夏,黃佐華,何振江.利用消光式橢偏儀精確測(cè)量波片相位延遲量[J].激光雜志,2012,33(3):8-9.
5程一斌,侯俊峰,王東光.組合波片的橢圓率角測(cè)量方法[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2019,39(7):750-755.
6于德洪,李國(guó)華,蘇美開(kāi),宋連科.任意波長(zhǎng)云母波片位相延遲的測(cè)量[J].光電子．激光,1990,1(5):267-269.
7徐文東,李錫善.波片相位延遲量精密測(cè)量新方法[J].光學(xué)學(xué)報(bào),1994,14(10):1096-1101.
8薛慶文,李國(guó)華.半陰法測(cè)量λ/4波片的相位延遲[J].光電子．激光,1998,9(2):150-151.
9AzzamR.M.A.,Bashara,N.M.ellipsometryandPolarizedLight[M].NewYork:North-Holland,1977,198-201.
10孫英姿,王東光,張志勇,鄧元勇,張洪起,玄偉佳.波片相位延遲的光強(qiáng)測(cè)量法研究[J].天文研究與技術(shù),2008,5(1):74-82.
更多詳情請(qǐng)聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電
關(guān)于昊量光電：
上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專業(yè)代理商枉侧，產(chǎn)品包括各類激光器瑞眼、光電調(diào)制器、光學(xué)測(cè)量設(shè)備棵逊、光學(xué)元件等伤疙，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工、光通訊辆影、生物醫(yī)療徒像、科學(xué)研究、國(guó)防蛙讥、量子光學(xué)锯蛀、生物顯微、物聯(lián)傳感次慢、激光制造等旁涤；可為客戶提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)迫像，硬件開(kāi)發(fā)劈愚，軟件開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)集成等服務(wù)闻妓。
您可以通過(guò)我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息菌羽，或直接來(lái)電咨詢4006-888-532。
