黎雄威， 李 琪， 紀(jì) 峰， 李 適， 李 偉，黃 鷺， 施玉書(shū)， 皮 磊

(1.合肥工業(yè)大學(xué)測(cè)量理論與精密儀器安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230009；2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029)

1 引 言

目前用于納米薄膜厚度測(cè)量的儀器主要包括原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和橢偏儀等[1，2]。測(cè)量微納米薄膜的橢偏儀，具有快速、非接觸式、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體集成電路行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

為保證半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)微納米薄膜厚度測(cè)量的準(zhǔn)確可靠、量值統(tǒng)一與可溯源性，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院針對(duì)微納米薄膜的測(cè)量溯源，研制了計(jì)量型激光橢偏儀，其膜厚測(cè)量結(jié)果直接溯源至激光波長(zhǎng)，完善了國(guó)家納米幾何結(jié)構(gòu)量值溯源體系，能夠?yàn)閲?guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)微納膜厚標(biāo)準(zhǔn)片提供測(cè)量校準(zhǔn)服務(wù)。

橢偏測(cè)量是通過(guò)建立經(jīng)樣品反射后出射光的偏振信息與樣品膜厚d之間的函數(shù)關(guān)系，求解出膜厚數(shù)值[3]，其公式為

(1)

式中： β為經(jīng)計(jì)算后出射偏振光的相位變化量；n1為入射介質(zhì)復(fù)折射率；n2為透射材料復(fù)折射率；θi為橢偏測(cè)量入射角。

入射角θi是入射光光軸和待測(cè)量樣品表面法線的夾角，通常設(shè)置為65°或者70°，從而保證偏振光經(jīng)樣品反射后出射光強(qiáng)最大，使橢偏測(cè)量具有最佳的測(cè)量靈敏度[4]。橢偏入射角θi作為直接參與膜厚計(jì)算的常量，其準(zhǔn)確性將直接影響最終測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此在測(cè)量前需完成橢偏儀初始入射角的校準(zhǔn)。目前廣泛采用的橢偏測(cè)量初始入射角校準(zhǔn)方法是：通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)膜厚片，由已知厚度推算出入射角θi，再以θi作為后續(xù)測(cè)量的初始入射角，此種方法依賴標(biāo)準(zhǔn)膜厚片標(biāo)稱(chēng)值的準(zhǔn)確性。

本文提出的橢偏測(cè)量初始入射角校準(zhǔn)方法，以自準(zhǔn)直儀光軸為校準(zhǔn)基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整線性位移臺(tái)的俯仰偏擺，實(shí)現(xiàn)線性位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸與自準(zhǔn)直儀光軸的90°校準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，以線性位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸為基準(zhǔn)，調(diào)整激光器的俯仰偏擺，實(shí)現(xiàn)激光光軸與與線性位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸的180°校準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)入射激光光軸與自準(zhǔn)直儀光軸的90°初始入射角校準(zhǔn)。本方法實(shí)現(xiàn)橢偏初始入射角校準(zhǔn)，俯仰角校準(zhǔn)偏差在0.05°以下，偏擺角校準(zhǔn)偏差在0.09°以下。采用該方法校準(zhǔn)計(jì)量型激光橢偏儀，對(duì)VLSI膜厚標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測(cè)量，相比于廣泛應(yīng)用的計(jì)算方法校準(zhǔn)初始入射角，測(cè)量結(jié)果示值誤差減小0.3 nm，這表明該校準(zhǔn)方法對(duì)提升計(jì)量型激光橢偏儀的測(cè)量準(zhǔn)確性具有很好的效果。

2 計(jì)量型激光橢偏儀測(cè)量原理與裝置

2.1 測(cè)量原理

橢偏測(cè)量是一種線性偏振光經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品反射后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光這一變化，以獲得樣品的光學(xué)常數(shù)(膜厚、折射率等)的測(cè)量方法[5～17]。其測(cè)量的基本原理是：利用偏振光在薄膜上下表面的反射，光的相對(duì)振幅與相位發(fā)生改變，通過(guò)菲涅爾公式和電磁波傳播理論可以得出薄膜厚度d與偏振態(tài)的關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)橢偏參數(shù)計(jì)算出d[5,6]。

橢偏測(cè)量中偏振光入射到待測(cè)樣品表面時(shí)，部分光會(huì)被反射，部分光會(huì)被折射(不考慮介質(zhì)對(duì)光的吸收作用)，如圖1所示，根據(jù)橢偏入射光的偏振態(tài)，可將入射線偏振光的電場(chǎng)分量分解為偏振方向垂直于入射面的s光和平行于入射面的p光。

圖1 偏振光在介質(zhì)界面的反射與折射Fig.1 Reflection and refraction of polarized light at a dielectric interface

當(dāng)s光和p光在待測(cè)樣品表面發(fā)生反射和折射時(shí)，其入射角θi、反射角θr以及折射角θt之間的關(guān)系，滿足Snell定律[7]：

θi=θr

(2)

n1sinθi=n2sinθt

(3)

(4)

(5)

式中：Ers為s光反射的電場(chǎng)分量；Eis為s光入射的電場(chǎng)分量；Erp為p光反射的電場(chǎng)分量；Eip為p光入射的電場(chǎng)分量[8]。

在測(cè)量橢偏光反射的模式下，定義橢偏參數(shù)ψ和Δ。ψ表示p光與s光反射后的振幅衰減比值，取值范圍為0°～90°。

(6)

Δ表示p光與s光相位差的變化量，取值范圍為 -180°～+180°(或表示為0°～360°)：

Δ=δp-δs

(7)

式中：δp為p光的相位差；δs為s光的相位差。

橢偏參數(shù)ρ的定義為

(8)

ψ=tan-1[f1(n1，n2，d，λ，θi)]

(9)

Δ=arg [f1(n1，n2，d，λ，θi)]

(10)

由此可知，在測(cè)量前確定被測(cè)樣品的固定參數(shù)，通過(guò)使用橢偏儀測(cè)量待測(cè)樣品的ψ和Δ，便可以獲得被測(cè)材料的光學(xué)常數(shù)[9]。

2.2 計(jì)量型激光橢偏儀裝置

計(jì)量型激光橢偏儀主要由穩(wěn)頻氦氖激光器、高精度旋轉(zhuǎn)電機(jī)、線性偏振片、硅光電探測(cè)器、自準(zhǔn)直儀等部件構(gòu)成。本裝置選用633 nm穩(wěn)頻氦氖激光器，經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行校準(zhǔn)，給出檢定結(jié)果為該激光器可作為標(biāo)準(zhǔn)裝置。

計(jì)量型激光橢偏儀采用旋轉(zhuǎn)起偏器與檢偏器的方法，通過(guò)硅光電探測(cè)器找到消光點(diǎn)，通過(guò)此時(shí)的起偏器旋轉(zhuǎn)角P及檢偏器旋轉(zhuǎn)角A，推導(dǎo)出偏振光經(jīng)樣品反射前后的橢偏參數(shù)ψ和Δ，最終得出膜厚d。由橢偏測(cè)量原理可知，微納米薄膜厚度d的測(cè)量結(jié)果將能夠直接溯源到測(cè)量激光波長(zhǎng)及米定義SI單位。計(jì)量型激光橢偏儀整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 計(jì)量型激光橢偏儀裝置Fig.2 Metrological laser ellipsometer device

3 橢偏儀入射角誤差分析

選用由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行校準(zhǔn)后的橢偏儀作為測(cè)量?jī)x器,同時(shí)為了更好地驗(yàn)證膜厚的測(cè)量結(jié)果，選用VLSI的膜厚標(biāo)準(zhǔn)片，該標(biāo)準(zhǔn)樣片可以用來(lái)校準(zhǔn)各種高精度測(cè)量?jī)x器，并且可以溯源至美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST),VLSI膜厚標(biāo)準(zhǔn)片標(biāo)稱(chēng)值為102.10 nm。橢偏儀入射角θi已經(jīng)過(guò)膜厚標(biāo)準(zhǔn)片完成了校準(zhǔn)，入射角θi校準(zhǔn)值為64.8°，由橢偏儀測(cè)量VLSI的膜厚標(biāo)準(zhǔn)片，獲取膜厚的橢偏參數(shù)ψ和Δ，改變測(cè)量分析軟件中的入射角參數(shù)θi，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得到了不同入射角θi下的膜厚值d和測(cè)量均方誤差(mean squared error，MSE)，如表1所示。

表1 不同橢偏入射角下擬合值Tab.1 Fitting results under different ellipsometric incident angles

由測(cè)量結(jié)果可知，在初始橢偏入射角θi=64.8°時(shí)，測(cè)量結(jié)果d=102.19 nm，此時(shí)與膜厚標(biāo)稱(chēng)值最接近，且MSE有最小值。隨著橢偏入射角θi在64.8°附近變化，θi每0.1°偏差會(huì)導(dǎo)致膜厚值產(chǎn)生0.3 nm左右的偏差，且入射角θi與校準(zhǔn)初始角偏差越大，測(cè)量擬合結(jié)果的MSE越來(lái)越大，表明此時(shí)擬合結(jié)果準(zhǔn)確性越來(lái)越差。因此，校準(zhǔn)橢偏儀的初始入射角對(duì)膜厚測(cè)量的準(zhǔn)確性很重要。

4 初始入射角校準(zhǔn)原理及裝置

本文提出的初始入射角校準(zhǔn)方法分為兩步，第1步完成自準(zhǔn)直儀與運(yùn)動(dòng)軸的90°校準(zhǔn)；第2步在此基礎(chǔ)上完成激光光軸與運(yùn)動(dòng)軸的180°校準(zhǔn)，由此實(shí)現(xiàn)計(jì)量型激光橢偏儀入射激光光軸與自準(zhǔn)直儀光軸的90°校準(zhǔn)。

4.1 自準(zhǔn)直儀與運(yùn)動(dòng)軸90°校準(zhǔn)原理

實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直儀光軸與運(yùn)動(dòng)軸90°校準(zhǔn)的原理如圖3所示。自準(zhǔn)直儀出射平行光，高精度五棱鏡將出射平行光轉(zhuǎn)向90°，固定在線性位移臺(tái)上的CCD相機(jī)，其感光面將接收到的平行光反射，反射光經(jīng)高精度五棱鏡后，由自準(zhǔn)直儀的探測(cè)器接收反射光信號(hào)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸未與自準(zhǔn)直儀光軸成90°時(shí)，隨著線性位移臺(tái)帶動(dòng)CCD相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，CCD相機(jī)會(huì)由初始的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)變?yōu)槠x狀態(tài)，此過(guò)程中自準(zhǔn)直儀探測(cè)器接收到的反射光信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，由此可以通過(guò)自準(zhǔn)直儀讀數(shù)得出自準(zhǔn)直儀光軸與運(yùn)動(dòng)軸的俯仰偏擺角的數(shù)值，見(jiàn)圖3(a)；調(diào)整線性位移臺(tái)的俯仰偏擺，使其運(yùn)動(dòng)軸與自準(zhǔn)直儀光軸成90°后，CCD相機(jī)在運(yùn)動(dòng)軸上前后運(yùn)動(dòng)，自準(zhǔn)直儀接收到的反射光位置信號(hào)不再發(fā)生變化，見(jiàn)圖3(b)。由此實(shí)現(xiàn)檢偏臂與自準(zhǔn)直儀90°校準(zhǔn)。

圖3 橢偏90°方位角校準(zhǔn)原理圖Fig.3 Schematic diagram of ellipsometric 90° azimuth calibration

4.2 激光光軸與運(yùn)動(dòng)軸180°校準(zhǔn)原理

實(shí)現(xiàn)激光光軸與運(yùn)動(dòng)軸180°校準(zhǔn)的原理如圖4所示。穩(wěn)頻氦氖激光器出射準(zhǔn)直激光光束，在暗光環(huán)境下，激光光點(diǎn)在CCD相機(jī)陣面成圓形圖像。激光入射光束光軸未與運(yùn)動(dòng)軸線成180°時(shí)，隨著線性位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，相機(jī)成像的光點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)成像光點(diǎn)圓心坐標(biāo)的變化，根據(jù)相機(jī)像素單個(gè)尺寸進(jìn)行計(jì)算，即可求出俯仰偏擺角的數(shù)值，見(jiàn)圖4(a)；校準(zhǔn)激光器出射光光軸的俯仰偏擺使其與運(yùn)動(dòng)軸成180°后，相機(jī)前后運(yùn)動(dòng)，CCD相機(jī)陣面成像光點(diǎn)位置不再發(fā)生變化，見(jiàn)圖4(b)，由此實(shí)現(xiàn)起偏臂與檢偏臂180°校準(zhǔn)。

圖4 橢偏180°方位角校準(zhǔn)原理圖Fig.4 Schematic diagram of ellipsometric 180° azimuth angle calibration

4.3 校準(zhǔn)裝置搭建

基于上述校準(zhǔn)原理[18～20]，在計(jì)量型激光橢偏儀上搭建橢偏測(cè)量初始入射角校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。圖5中:1為穩(wěn)頻氦氖激光器；2為高精度五棱鏡；3為遠(yuǎn)心鏡頭；4為CCD相機(jī)；5為微調(diào)平臺(tái)；6為線性位移臺(tái)；7為自準(zhǔn)直儀。

圖5 計(jì)量型激光橢偏儀初始方位角校準(zhǔn)裝置Fig.5 Initial azimuth calibration device for metrological laser ellipsometer

自準(zhǔn)直儀，具有高分辨率圖像傳感技術(shù)，可同時(shí)對(duì)兩個(gè)方向的角度進(jìn)行測(cè)量，并提供高0.1″的測(cè)量精度；高精度五棱鏡，實(shí)現(xiàn)了入射光偏轉(zhuǎn)90°，且偏轉(zhuǎn)誤差<0.1″；CCD相機(jī)感光陣面，單個(gè)像素大小為4.7 μm×4.7 μm，像元個(gè)數(shù)2 592×2 048；線性位移臺(tái)具有100 mm行程，能夠提供平穩(wěn)、近似無(wú)噪聲的運(yùn)動(dòng)；微調(diào)平臺(tái)通過(guò)微調(diào)旋鈕實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的俯仰、偏擺調(diào)節(jié)；氦氖激光器具有極高的頻率穩(wěn)定性和相干性；遠(yuǎn)心鏡頭用于控制相機(jī)成像圖像的清晰。

5 實(shí)驗(yàn)與分析

針對(duì)計(jì)算方法校準(zhǔn)初始入射角與本文提出的初始入射角校準(zhǔn)方法，對(duì)VLSI膜厚標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行了測(cè)量與對(duì)比，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果如下。

5.1 自準(zhǔn)直儀與運(yùn)動(dòng)軸90°校準(zhǔn)

5.1.1 未實(shí)現(xiàn)90°校準(zhǔn)

圖6為未實(shí)現(xiàn)90°校準(zhǔn)的自準(zhǔn)直儀信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直儀光軸與CCD相機(jī)運(yùn)動(dòng)軸的90°校準(zhǔn)，在位置1安裝CCD相機(jī)時(shí)，調(diào)整其俯仰偏擺，使自準(zhǔn)直儀接收到的反射信號(hào)位于十字刻線中心，對(duì)準(zhǔn)結(jié)果如圖6(a)所示;然后驅(qū)動(dòng)線性位移臺(tái)帶動(dòng)CCD相機(jī)運(yùn)動(dòng)100 mm到位置2，由于運(yùn)動(dòng)軸與自準(zhǔn)直儀光軸未調(diào)整到90°，自準(zhǔn)直儀接收到的反射光信號(hào)，X軸與Y軸的偏移量不斷增加，運(yùn)動(dòng)到位置2處由于俯仰偏擺偏角大于自準(zhǔn)直儀角度測(cè)量范圍(1 800″)，反射信號(hào)已丟失，測(cè)量結(jié)果如圖6(b)所示。

圖6 未實(shí)現(xiàn)90°校準(zhǔn)的自準(zhǔn)直儀信號(hào)Fig.6 Autocollimator signal without 90° calibration

自準(zhǔn)直儀在CCD相機(jī)分別位于位置1和位置2的X向偏擺角θx與Y向俯仰角θy的讀數(shù)如表2所示。

表2 自準(zhǔn)直儀測(cè)量結(jié)果Tab.2 Autocollimator measurement results

5.1.2 完成90°校準(zhǔn)

重復(fù)驅(qū)動(dòng)線性位移臺(tái)帶動(dòng)CCD相機(jī)運(yùn)動(dòng)與自準(zhǔn)直儀采集數(shù)據(jù)過(guò)程，直到自準(zhǔn)直儀數(shù)顯得到最優(yōu)結(jié)果。自準(zhǔn)直儀對(duì)相機(jī)CCD陣面反射光成像圖結(jié)果如圖7所示。圖7(a)和圖7(b)分別對(duì)應(yīng)CCD相機(jī)位于0 mm位置1和100 mm位置2。

圖7 完成90°校準(zhǔn)的自準(zhǔn)直儀成像Fig.7 Autocollimator signal with 90° calibration

自準(zhǔn)直儀在相機(jī)位于位置1和位置2的θx與θy的讀數(shù)如表3所示。

表3 自準(zhǔn)直儀測(cè)量結(jié)果Tab.3 Autocollimator measurement results

5.2 激光光軸與運(yùn)動(dòng)軸成180°

5.2.1 未實(shí)現(xiàn)180°校準(zhǔn)

未完成180°調(diào)整校準(zhǔn)相機(jī)成像圖如圖8所示。為實(shí)現(xiàn)激光器出射光軸與運(yùn)動(dòng)軸180°校準(zhǔn)，初始相機(jī)位于位置1，安裝穩(wěn)頻激光器，使成像光點(diǎn)位于CCD成像區(qū)域中心位置，成像見(jiàn)圖8(a);然后，驅(qū)動(dòng)線性位移臺(tái)帶動(dòng)CCD相機(jī)以5 mm為步距，每走一步，相機(jī)采集一次圖像，直到線性位移臺(tái)走到最大行程100 mm。相機(jī)在位置2成像見(jiàn)圖8(b)。

圖8 未完成180°調(diào)整校準(zhǔn)相機(jī)成像圖Fig.8 Incomplete 180° adjustment and calibration of the camera image

由相機(jī)軟件獲取采集圖像的圓心像素點(diǎn)坐標(biāo)，X向與Y向圓心像素坐標(biāo)變化如圖9所示。

圖9 未完成180°校準(zhǔn)成像圓心坐標(biāo)Fig.9 Not implemented 180° calibrated imaging circle center coordinates

5.2.2 完成180°校準(zhǔn)后

圖10為完成180°校準(zhǔn)后相機(jī)成像。重復(fù)驅(qū)動(dòng)線性位移臺(tái)帶動(dòng)CCD相機(jī)的運(yùn)動(dòng)與相機(jī)采集圖像過(guò)程，記錄激光光點(diǎn)成像圓心的坐標(biāo)，通過(guò)圓心坐標(biāo)的變化，不斷調(diào)整激光器的俯仰與偏擺，直到成像圓心坐標(biāo)變化最小，此時(shí)位置1處CCD相機(jī)成像見(jiàn)圖10(a)，位置2處成像見(jiàn)圖10(b)。

圖10 完成180°校準(zhǔn)后相機(jī)成像圖Fig.10 Camera image after 180° calibration

由相機(jī)軟件獲取校準(zhǔn)激光器俯仰偏擺后，采集圖像的圓心像素點(diǎn)坐標(biāo)，X向與Y向圓心像素坐標(biāo)變化如圖11所示。

圖11 完成180°校準(zhǔn)后成像圓心坐標(biāo)Fig.11 Imaging center coordinates after 180° calibration

5.3 膜厚標(biāo)準(zhǔn)片測(cè)量結(jié)果

分別用測(cè)量已知厚度的標(biāo)準(zhǔn)膜厚片，推算獲取初始入射角作為后續(xù)測(cè)量入射角θi的方法(簡(jiǎn)稱(chēng)方法1)和本文提出的初始入射角校準(zhǔn)方法(簡(jiǎn)稱(chēng)方法2)，校準(zhǔn)計(jì)量型激光橢偏儀的初始入射角后，用VLSI的102.10 nm膜厚標(biāo)準(zhǔn)片作為被測(cè)樣品，在同一個(gè)位置測(cè)量10次，膜厚標(biāo)準(zhǔn)片測(cè)量結(jié)果如表4所示。

表4 膜厚標(biāo)準(zhǔn)片測(cè)量結(jié)果Tab.4 Film thickness standard film measurement results nm

5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算可知：自準(zhǔn)直儀與運(yùn)動(dòng)軸未實(shí)現(xiàn)90°校準(zhǔn)時(shí)，隨著相機(jī)在線性位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸上的運(yùn)動(dòng)，反射信號(hào)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由測(cè)量結(jié)果可以知運(yùn)動(dòng)軸Y向俯仰偏轉(zhuǎn)角為1.95°，X向偏擺偏轉(zhuǎn)角為3.68°。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整線性位移臺(tái)的俯仰偏擺，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，最終根據(jù)自準(zhǔn)直儀讀數(shù)的穩(wěn)定，得出此時(shí)達(dá)到最佳，由測(cè)量數(shù)據(jù)可以算出Y向俯仰俯仰偏轉(zhuǎn)角為0.03°，X向偏擺偏轉(zhuǎn)角為0.07°。由此實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直儀與運(yùn)動(dòng)軸90°校準(zhǔn)要求，測(cè)量精度<0.1°。

已知CCD相機(jī)單個(gè)像素大小為4.7 μm×4.7 μm，通過(guò)分別計(jì)算相機(jī)在線性位移臺(tái)上發(fā)生Δx位移前后成像圓心像素X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)的變化Δc，可以求出變化角度Δθ：

(8)

激光光軸與運(yùn)動(dòng)軸未實(shí)現(xiàn)180°校準(zhǔn)時(shí)，隨著相機(jī)在線性位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸上的運(yùn)動(dòng)，CCD相機(jī)陣面上成像光點(diǎn)的圓心在X軸與Y軸的偏移量不斷增加，由測(cè)量數(shù)據(jù)可以算出入射光軸與運(yùn)動(dòng)軸的Y向俯仰偏轉(zhuǎn)角θy為0.96°，X向偏擺偏轉(zhuǎn)角θx為1.53°。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整激光器的俯仰偏擺，多次重復(fù)上述操作，最終根據(jù)自準(zhǔn)直儀讀數(shù)的穩(wěn)定，得出此時(shí)達(dá)到最佳，由測(cè)量數(shù)據(jù)可以算出此時(shí)Y向俯仰偏轉(zhuǎn)角為0.05°，X向偏擺偏轉(zhuǎn)角θx為0.08°。由此實(shí)現(xiàn)起偏臂光軸與檢偏臂成180°要求，測(cè)量精度<0.1°。

通過(guò)以上兩個(gè)校準(zhǔn)步驟，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量型激光橢偏儀在測(cè)量中入射激光光軸與自準(zhǔn)直儀光軸的90°初始入射角校準(zhǔn)，校準(zhǔn)偏差在0.1°以下。

針對(duì)標(biāo)稱(chēng)值為102.10 nm的VLSI標(biāo)準(zhǔn)膜厚片，方法1測(cè)量值為102.66 nm，示值誤差為0.56 nm，方法2測(cè)量值為102.42 nm，示值誤差為0.32 nm，方法2相比于方法1，示值誤差減小了0.24 nm，表明本文提出的方法有效提升了計(jì)量型激光橢偏儀測(cè)量的準(zhǔn)確性。

6 結(jié) 論

本文提出了一種橢偏測(cè)量初始入射角校準(zhǔn)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：校準(zhǔn)計(jì)量型激光橢偏儀的初始入射角，光軸俯仰角偏差<0.05°，偏擺角偏差<0.09°。該方法能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)橢偏測(cè)量中初始入射角的俯仰偏擺調(diào)節(jié)，達(dá)到橢偏測(cè)量初始90°入射角的要求。該方法提升了計(jì)量型激光橢偏儀的測(cè)量校準(zhǔn)能力。