一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法技术

本发明专利技术涉及一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法，包括：建立椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：

A random error evaluation method of ellipsometer with single rotary compensator

【技术实现步骤摘要】
一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法
本专利技术涉及仪器测量
，尤其涉及一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法。
技术介绍
椭偏测量技术是通过检测偏振光在经过样品反射或透射前后偏振状态的变化情况来研究待测样品性质的光学测量方法。这种测量方法是一种高精度、非接触的测量方法，被广泛应用于过程诊断如薄膜生长和表面结构实时测量、金属光学性质测量、金属光学性质测量、物理吸附和化学吸附等领域。椭偏仪测量系统是一种利用椭偏仪测量技术对待待测样品进行测量标定的光学测量仪器系统。近年来，单旋转补偿器型椭偏仪测量系统配置得到逐步的完善和广泛的应用。但在使用测量一起对待测量样品进行测量时，测量结果往往会在一定程度上偏离其真实值。产生这些偏差的原因很多，包括仪器随机噪声、仪器系统误差、环境随机噪声以及测量人为误差因素。其中，由于仪器随机噪声引起的偏差，反应了仪器本身测量的稳定性能，通常被称为仪器随机误差。目前现有技术中缺少合理地计算评估仪器随机误差的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法，包括：步骤1，建立所述椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：ε0、ε1和ε2表示各阶随机噪声系数，表示第h个探测信号Ih的随机噪声均方差；步骤2，测量得到待评估的所述椭偏仪测量系统的所述各阶随机噪声系数的值后，计算得到所述探测信号的随机噪声；步骤3，根据所述探测信号的随机噪声以及所述椭偏仪测量系统出射的偏振光向量计算函数，计算得到傅里叶系数的随机噪声；步骤4，根据所述傅里叶系数的随机噪声计算得到各个椭偏参数的随机噪声。本专利技术的有益效果是：根据椭偏仪测量系统的系统特性，对各种随机噪声的来源和特点进行合理的分析和描述，，只需进行一次测量即可评估单旋转补偿器型椭偏仪测量系统的随机误差。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，所述步骤1中，ε0为暗电流噪声和热噪声系数，ε1是散粒噪声系数，ε2是光源噪声和光调制噪声系数。进一步的，所述步骤2中测量得到所述暗电流噪声和热噪声系数ε0的值的方法为：将光谱仪的接收口全部遮蔽，按照正常数据采集模式，得到噪声模型的常数项系数为所述暗电流噪声和热噪声系数ε0的值。进一步的，所述步骤2中测量得到各阶随机噪声系数所述暗电流噪声和热噪声系数ε0和散粒噪声系数ε1的值的方法为：将光谱仪接收接口打开，保持电机静止，按正常数据采集模式对每个积分间隔分别采集数据将采集的数据绘制成散点图，进行回归分析，得到噪声参量模型的系数所述暗电流噪声和热噪声系数ε0和散粒噪声系数ε1的值。进一步的，所述步骤2中测量得到所述暗电流噪声和热噪声系数ε0、散粒噪声系数ε1以及光源噪声和光调制噪声系数ε2的值的方法为：将整个系统调整到正常运行状态，电机转动，按正常数据采集模式对每个积分间隔分别采集数据，将采集的数据绘制成散点图，进行回归分析，得到噪声参量模型的系数为所述暗电流噪声和热噪声系数ε0、散粒噪声系数ε1以及光源噪声和光调制噪声系数ε2的值。进一步的，所述步骤3中，所述椭偏仪测量系统出射的偏振光向量计算函数为：I(t)为椭偏仪测量系统出射光强，t为旋转补偿器旋转时间，I0、α2k和β2k为傅里叶系数，k＝1,2为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频。进一步的，所述步骤3中计算得到傅里叶系数的随机噪声均方差的公式为：其中，分别是傅里叶系数I0、α2k和β2k的随机噪声均方根，CL×H是随机噪声传递系数矩阵C，所述矩阵C中第l行第h列的元素为blh为矩阵B中第l行第h列的元素，所述矩阵B为矩阵A的广义逆矩阵，所述矩阵A中第h行第l列的元素ahl为：进一步的，所述步骤4中的所述椭偏参数N、C、S的计算方程为：N＝cos2ψ，C＝sin2ψcosΔ，S＝sin2ψcosΔ，其中，ψ表示振幅比角，Δ表示相位差角。进一步的，所述椭偏参数N、C、S的随机噪声均方根为：分别是傅里叶系数I0、α2k和β2k的随机噪声均方根。进一步的，所述步骤4中的所述椭偏参数N、C、S的计算公式为：所述傅里叶系数直流分量I0的计算公式为：A'和P'分别为检偏器和起偏器的快轴方位角，δ为旋转补偿器两偏振光分量的相位差角。采用上述进一步方案的有益效果是：计算推导随机噪声在仪器系统中的传递，将傅里叶系数表达式进行整理，得到傅里叶系数求椭偏参数，从而评估随机噪声对最终测量结果的影响。附图说明图1为本专利技术提供的一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法的流程图；图2为本专利技术提供的一种单旋转补偿器型椭偏仪测量系统的实施例的原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的400-800nm波长下傅里叶系数随机误差的仿真结果图；图4为本专利技术实施例提供的400-800nm波长下椭偏参数随机误差的仿真结果图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、光源，2、起偏器，3、旋转补偿器，4、待测样品，5、检偏器，6、探测器。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示为本专利技术提供的一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法的流程图，由图1可知，该方法包括：步骤1，建立椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：ε0、ε1和ε2表示各阶随机噪声系数，表示第h个探测信号Ih的随机噪声均方差。步骤2，测量得到待评估的椭偏仪测量系统的各阶随机噪声系数的值后，计算得到探测信号的随机噪声。步骤3，根据探测信号的随机噪声以及椭偏仪测量系统出射的偏振光向量计算函数，计算得到傅里叶系数的随机噪声。步骤4，根据傅里叶系数的随机噪声计算得到各个椭偏参数的随机噪声。根据椭偏仪测量系统的系统特性，对各种随机噪声的来源和特点进行合理的分析和描述，并计算推导随机噪声在仪器系统中的传递，从而评估随机噪声对最终测量结果的影响，只需进行一次测量即可评估单旋转补偿器型椭偏仪测量系统的随机误差。实施例1本专利技术提供的实施例1为本专利技术提供的一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法的实施例，该实施例包括：步骤1，建立椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：ε0、ε1和ε2表示各阶随机噪声系数，表示第h个探测信号Ih的随机噪声均方差，反映了Ih的随机误差。步骤2，测量得到待评估的椭偏仪测量系统的各阶随机噪声系数的值后，计算得到探测信号的随机噪声。椭偏仪测量系统中的随机噪声主要包括暗电流噪声、热噪声、散粒噪声、光源噪声、光调制噪声和低频噪声等。由于在单旋转补偿器型椭偏仪中，低频噪声影响极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1，建立所述椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：

【技术特征摘要】
1.一种单旋转补偿器型椭偏仪随机误差评估方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，建立所述椭偏仪测量系统的随机噪声模型为：ε0、ε1和ε2表示各阶随机噪声系数，表示第h个探测信号Ih的随机噪声均方差；
步骤2，测量得到待评估的所述椭偏仪测量系统的所述各阶随机噪声系数的值后，计算得到所述探测信号的随机噪声；
步骤3，根据所述探测信号的随机噪声以及所述椭偏仪测量系统出射的偏振光向量计算函数，计算得到傅里叶系数的随机噪声；
步骤4，根据所述傅里叶系数的随机噪声计算得到各个椭偏参数的随机噪声。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，ε0为暗电流噪声和热噪声系数，ε1是散粒噪声系数，ε2是光源噪声和光调制噪声系数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中测量得到所述暗电流噪声和热噪声系数ε0的值的方法为：
将光谱仪的接收口全部遮蔽，按照正常数据采集模式，得到噪声模型的常数项系数为所述暗电流噪声和热噪声系数ε0的值。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中测量得到各阶随机噪声系数所述暗电流噪声和热噪声系数ε0和散粒噪声系数ε1的值的方法为：
将光谱仪接收接口打开，保持电机静止，按正常数据采集模式对每个积分间隔分别采集数据将采集的数据绘制成散点图，进行回归分析，得到噪声参量模型的系数所述暗电流噪声和热噪声系数ε0和散粒噪声系数ε1的值。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中测量得到所述暗电流噪声和热噪声系数ε0、散粒噪声系数ε1以及光源噪声和光调制噪声系数ε2的值的方法为：
将整个系统调整到正常运行状态，电机转动，按正常数据采集模式对每个积分间隔分别采集数据，将采集的数据绘制成散点图，进行回归分析，得到噪声参量模型的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传维，孙菁阳，李伟奇，郭春付，刘世元，
申请(专利权)人：武汉颐光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42