宽波段消色差复合波片的定标方法技术

本发明专利技术公开了一种用于复合波片的定标方法，其包括：A.确定表征复合波片的第一矩阵，第一矩阵包含至少一个未知数；B.基于第一矩阵，确定理论上光强与复合波片的对准角度偏离值之间的关系；C.基于步骤(B)中已确定的理论上光强与复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及实际测量得到的光强数据，定标出能够表征复合波片且不含未知数的第二矩阵。通过本发明专利技术的技术方案，在对复合波片或测量系统进行定标时，可以大幅减少未知数的数量，从而降低定标的难度，提高定标的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及偏振光学检测
，具体涉及到一种用于穆勒(Mueller)矩阵测量的宽波段消色差复合波片定标的方法。
技术介绍
穆勒矩阵测量是偏振检测的重要手段之一，Mueller矩阵为4×4的矩阵，描述的是光学器件和材料的偏振效应和特性，包含了几乎所有的被测材料的偏振信息，被广泛应用于材料、生物、半导体等各个领域，尤其是在半导体工艺关键尺寸的测量中，是克服现有测量技术的缺陷，测量下一代工艺关键尺寸的方法光学关键尺寸测量(OCD)技术的重要基础。Mueller矩阵测量系统一般主要有偏振发生器、被测样品、偏振分析器和探测器这几个部分组成，其中偏振发生器和偏振分析器结构类似，通常由偏振器件和相位补偿器件组合而成，相位补偿器件一般是波片、光弹调制器或液晶调制器等。通常Mueller矩阵测量中的相位补偿器件，要求其能在非常宽的波段工作，产生的相位补偿在很宽的波段范围内能限制在很小的范围，即消色差。其中广泛使用的是消色差的复合波片，其具有尺寸紧凑，结构简单，光路易调整等特点。消色差的复合波片通常由两片及以上的单个波片组成。波片是光学仪器设计与光学测量领域中常用的光学元件，又叫光学相位延迟片，它能够使得偏振光的两个垂直分量产生附加的相位差，从而改变或者检查光波的偏振态。波片通常由单轴或者双轴晶体材料制成，用于制作波片的材料通常有石英、氟化镁、云母、石膏、蓝宝石等。由单个
波片组成的波片为单波片，由两片或多片晶片组成的波片为复合波片。在实际应用中，通常是两种材料的两片单波片复合而成的复合波片，光轴互相垂直。为了特殊的使用需求，也会设计制作更复杂的消色差复合波片，这些复合波片由多片同种材料或者不同材料的单波片组合而成，而且各单片光轴之间的夹角为优化设计的角度值。这些复合波片能够得到很好的消色差结果，这种改善波片精度及消除波片本身色差的性能是单个波片所不能达到的，因此使得复合波片在光学仪器设计与光学测量中获得了广泛的应用。在实际的应用中，比如Mueller矩阵测量中，针对具体的要求设计相应的消色差复合波片，为了保证仪器测量的精度，要求组成复合波片的各片单波片的光轴按照设计的夹角严格对准。但是从一些波片生产公司来看，实际生产过程中，不论是手动凭经验进行对准的方式还是消光法的对准方式，对准的精度都难以保证，对准的角度与设计的角度总有一定的差别。因此，实际生产出来的消色差复合波片的偏振性能(也就是复合波片的Mueller矩阵)跟理想的Mueller矩阵有差别，在仪器测量中必须对其进行精确的定标。现有的一些对Mueller矩阵测量系统中的光学元件进行定标的方法，还没有单独考虑复合波片光轴不对准的情况下波片定标的问题，一般认为复合波片为理想的波片，只定标其相位延迟量，但是在实际应用中，尤其是Mueller矩阵测量系统中，必须考虑光轴不对准的影响。因此，亟需一种能够用于复合波片的高速、高精度的定标方法。
技术实现思路
基于以上考虑，因此，亟需一种能够用于复合波片的高速、高精度的定标方法和装置将是十分有利的。本专利技术一方面公开了一种用于复合波片的定标方法，其包括：A.确定表征所述复合波片的第一矩阵，所述第一矩阵包含至少一个未知数；B.基于所述第一矩阵，确定理论上光强与所述复合波片的对准
角度偏离值之间的关系；C.基于步骤(B)中已确定的理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及实际测量得到的光强数据，定标得到能够表征所述复合波片且不含未知数的第二矩阵。优选的，所述至少一个未知数包括对准角度偏离值。优选的，所述步骤A还包括：基于所述复合波片中的表征单波片的第三矩阵和由对准角度设计值和所述对准角度偏离值决定的坐标变换矩阵来确定所述第一矩阵。优选的，所述步骤A还包括：基于所述单波片的特征参数，确定所述第三矩阵，其中，所述特征参数包括以下项中的至少一项：单波片的片数；各所述单波片的材料；以及各所述单波片的厚度。优选的，所述步骤B还包括：构建所述第一矩阵中的矩阵元与所述对准角度偏离值之间的函数关系，使得每个矩阵元与所述对准角度偏离值相对应。优选的，所述步骤C还包括：基于至少一个波长，确定所述对准角度偏离值，进而确定所述第一矩阵中的未知的矩阵元以确定所述第二矩阵。本专利技术另一方面还公开了一种用于复合波片进行定标的装置，其包括：检测单元，用于接收或检测测量到的光强；处理单元，其被配置为：确定表征所述复合波片的第一矩阵，所述第一矩阵包含至少一个未知数；基于所述第一矩阵，确定理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系；以及基于已确定的理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及测量得到的光强数据，确定能够表征所述复合波片的第二矩阵。优选的，所述处理单元还被配置为：基于所述复合波片的特征参数，确定所述第一矩阵，其中，所述复合波片的特征参数包括以下项中的至少一项：单波片的片数、各所述单波片的材料、各所述单波片的厚度；以及所述复合波片的对准角度设计值。优选的所述处理单元还被配置为：构建所述第一矩阵中的矩阵元与所述对准角度偏离值之间的函数关系，使得每个矩阵元仅是所述对
准角度偏离值的函数。优选的，所述处理单元还被配置为：基于至少一个波长，确定所述对准角度偏离值，进而确定所述第一矩阵中的矩阵元。本专利技术还提出了一种测量系统，包括：起偏器，其用于基于光源而产生偏振光；验偏器，其用于检测自样品表面反射的所述偏振光；探测器，其用于接收来自所述验偏器的所述偏振光的光强；其中，所述测量系统还包括：至少一个复合波片，其被依光学路径设置在所述起偏器与验偏器之间，并且所述测量系统被配置为：调整所述起偏器和/或所述复合波片和/或所述验偏器来调整所述探测器所探测到光强，并且基于理论上光强与复合波片的对准角度偏离值之间的关系来确定表征所述复合波片的矩阵。优选的，所述测量系统还被配置为：基于所述复合波片中的表征单波片的矩阵和由对准角度设计值和所述对准角度偏离值决定的坐标变换矩阵来确定能够表征所述复合波片的矩阵。优选的，所述测量系统还被配置为：构建表征所述复合波片的矩阵中的矩阵元与所述对准角度偏离值之间的对应关系，使得每个矩阵元仅是所述对准角度偏离值的函数。优选的，所述测量系统还被配置为：对测量得到的光强作傅里叶分解后，然后再基于理论上的光强值和光线的波长确定表征所述复合波片的矩阵和/或所述复合波片的第一片单波片的光轴方向所述测量系统的系统坐标系之间的差值。通过本专利技术的技术方案，在对复合波片或测量系统进行定标时，可以大幅减少未知数的数量，从而降低定标的难度，提高定标的精度。本专利技术的各个方面将通过下文的具体实施例的说明而更加清晰。附图说明通过参照附图并阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为依据本专利技术实施例的定标方法的流程图；图2为依据本专利技术实施例的采用复合波片的测量系统架构图。在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)或步骤。具体实施方式在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本专利技术一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本专利技术的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本专利技术的所有实施例。可以理解，在不偏离本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于复合波片的定标方法，其特征在于，包括：A.确定表征所述复合波片的第一矩阵，所述第一矩阵包含至少一个未知数；B.基于所述第一矩阵，确定理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系；C.基于步骤(B)中已确定的理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及实际测量得到的光强数据，定标得到能够表征所述复合波片且不含未知数的第二矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种用于复合波片的定标方法，其特征在于，包括：A.确定表征所述复合波片的第一矩阵，所述第一矩阵包含至少一个未知数；B.基于所述第一矩阵，确定理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系；C.基于步骤(B)中已确定的理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及实际测量得到的光强数据，定标得到能够表征所述复合波片且不含未知数的第二矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个未知数包括对准角度偏离值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：基于所述复合波片中的表征单波片的第三矩阵和由对准角度设计值和所述对准角度偏离值决定的坐标变换矩阵来确定所述第一矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：基于所述单波片的特征参数，确定所述第三矩阵，其中，所述特征参数包括以下项中的至少一项：单波片的片数；各所述单波片的材料；以及各所述单波片的厚度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：构建所述第一矩阵中的矩阵元与所述对准角度偏离值之间的函数关系，使得每个矩阵元与所述对准角度偏离值相对应。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括：基于至少一个波长，确定所述对准角度偏离值，进而确定所述第一矩阵中的未知的矩阵元以确定所述第二矩阵。7.一种用于复合波片进行定标的装置，其特征在于，包括：检测单元，用于接收或检测测量到的光强；处理单元，其被配置为：确定表征所述复合波片的第一矩阵，所述第一矩阵包含至少一个未知数；基于所述第一矩阵，确定理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系；以及基于已确定的理论上光强与所述复合波片的对准角度偏离值之间的关系以及测量得到的光强数据，确定能够表征所述复合波片的第二矩阵。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理单元还被配置为：基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟凤娇，高海军，党江涛，
申请(专利权)人：睿励科学仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31