橢圓偏振測量儀(yi) 是目前zui重要的薄膜測試工具之一。其中，幹涉式橢偏測量儀(yi) 具有測量速度快、抗幹擾能力強等優(you) 點，是目前國內(nei) 外研究熱點之一。本文提出了一種新型激光外差幹涉橢偏測量術用於(yu) 實現納米級精度的薄膜厚度測量。
非偏振分光鏡對橢偏儀(yi) 的影響（一）-係統原理
Hazebroek等人於(yu) 1973年首次提出了幹涉式橢偏測量的概念，針對其中存在的問題，有人提出了使用塞曼激光和聲光調製器的係統設計，還有人提出采用電光調製和波長調製半導體(ti) 激光器的方案。Watkins采用壓電晶體(ti) 振蕩的方法產(chan) 生拍頻，實驗測量了SiO2膜，zui佳測量不確定度可達360pm。以上理論研究和實驗表明，幹涉式橢偏測量技術對於(yu) 實時、快速薄膜測量有很好的国产成人在线观看免费网站價(jia) 值與(yu) 市場潛力，但外差幹涉測量中存在的非線性誤差是阻礙該技術實際国产成人在线观看免费网站的主要原因。外差幹涉測量係統中的非線性誤差一直是國內(nei) 外研究熱點，研究人員對激光源、偏振分光鏡、波片、反射鏡等誤差源開展了很多研究工作，並取得了許多有意義(yi) 的研究成果，提出了多種非線性誤差測量與(yu) 補償(chang) 的方法。在激光幹涉測量非線性誤差研究中，偏振分光鏡(Polarizing beam splitter，PBS)一直是研究的重點，而對於(yu) 非偏振分光鏡(Nonpolarizing Beam Splitter，NPBS)引入的非線性誤差，國內(nei) 外一直缺乏相應的研究。Hou等人在邁克爾遜式外差幹涉位移測量實驗中，觀測到NPBS引入的測量誤差，並發現采用不同激光源，位移非線性誤差約為(wei) 1.6～2.2nm，但是各種論文沒有給出相應的理論分析以及NPBS對誤差的影響機理。
本文針對基於(yu) 橫向塞曼激光器的馬赫-曾德爾外差幹涉橢偏測量係統，采用瓊斯矢量法，首次研究了多層介質膜NPBS的退偏效應、方位角對測量精度的影響。
係統原理
馬赫-曾德爾幹涉式橢偏儀(yi) 原理如圖1所示。其中，HWP為(wei) 半波片，M為(wei) 反射鏡，Ds和Dp為(wei) 探測器。橫向塞曼激光器輸出雙頻正交線偏振光，頻差△W=W2-W1。經過PBS1分成測量光束W1和參考光束W2，測量光束被薄膜兩(liang) 次反射後，在NPBS2與(yu) 參考光束合光幹涉，由PBS2分成p，s兩(liang) 路外差幹涉信號。比較探測器輸出的拍頻信號幅值和相位差可得到橢偏參數。其中，半波片使得光束偏振方向旋轉45°，這樣p，s分量近似等強入射到薄膜樣品，可提高幹涉調製度。
圖1光學係統原理圖
橫向塞曼激光器的輸出可以表示為(wei) ：
其中：a1和a2代表初始相位。係統的瓊斯響應可以表示為(wei) ：
其中，下標R和T分別代表反射和透射，P，H，B，M和S分別表示PBS、半波片、NPBS、反射鏡和薄膜樣品的瓊斯矩陣，如式(3)所示。
將式(1)，(3)和(4)帶入式(2)可得：
忽略不影響結果的常數項，可得兩(liang) 路外差信號的光強如下式所示：
比較式(6)中兩(liang) 路信號的幅值和相位，可得橢偏參數對(
，△)，如式(7)所示，從(cong) 而反演出薄膜厚度和折射率。
測試樣品為(wei) 單層ITO膜，采用原子力顯微鏡標定，厚度為(wei) 120.1nm，實驗存在5nm的膜厚測量誤差。其中，PBS的非理想和激光源輸出偏振態畸變會(hui) 引入混頻非線性誤差，而NPBS也是一個(ge) 重要的誤差源。
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