测量薄膜厚度和折射率的方法及装置与应用20120113.docVIP

说 明 书 测量薄膜厚度和折射率的方法及装置与应用 请确定全文的描述是否正确 技术领域 本发明属于光电精密测量技术领域，涉及一种测量薄膜厚度和折射率的方法及装置与应用。 背景技术 测量薄膜厚度及折射率等参数的光学方法有多种，主要有椭圆偏振法、干涉法、棱镜耦合法、光谱法等。这些方法或技术都存在各自的优点及不足之处，测量薄膜的类型和参数测量范围有一定的限制：如棱镜耦合法（也称光波导法）尽管测量薄膜的折射率精度很高，但有一定的测量薄膜折射率的范围，一般小于棱镜的折射率，且对于200nm以下厚度的薄膜难以适用；干涉法的测量精度不高，光谱法需要至少两次测量、结果不稳定等；也有人提出采用测量多角度偏振光反射率来确定薄膜参数的方法，如Tami Kihara等的文章“Simultaneous measurement of refrative index and thickness of thin film by polarized reflectances”(Appl. Opt.1990,29,5069-5073) and “Simultaneous measurement of the refrative index and thickness of thin films by S-polarized reflectances”(Appl. Opt.1992,31,4482-4487)”所提供的方法为依次同步转动样品及探测器分别测量不同入射角偏振光的反射率，通过理论拟合求出薄膜的厚度及折射率等参数，从而该方法获取反射率的实验时间较长，入射到样品表面的光斑面积大，空间分辨率率小，难以检测表面微小结构的参数。 发明内容 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种测量薄膜厚度和折射率的方法。 本发明的另一目的在于提供实现所述的测量薄膜厚度和折射率的方法的装置。 本发明的再一目的在于提供所述的装置的应用。 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测量薄膜厚度和折射率的方法，包括以下步骤：采用至少三束光束同时以不同入射角投射到薄膜样品表面同一点或位置，反射光束的强度由阵列光电探测器接收，再与入射光束光强比较，计算出各光束的反射率，最后与理论公式拟合得到待测薄膜的光学参数； 所述的光学参数包括厚度、折射率和消光系数等； 所述的阵列光电探测器为光电探测器线性排列得到； 所述的理论公式为，其中：为薄膜的厚度为入射光束波长、、分别为空气、薄膜、衬底的折射率为入射角为入射角的序数m为膜序数1,2,3?????； ； D为聚光透镜的直径，?为激光波长，Z为透射光栅和聚光透镜之间的距离； 所述的光栏由塑料或金属片钻孔再喷涂黑色油墨制作得到； 所述的光栏具有至少三个孔，该孔位于光栏与光轴交汇的垂直线上；从而可让至少3束光透过光栏； 所述的孔为等间距排列； 所述的聚光透镜为普通玻璃或纤维透镜； 所述的偏振器为人造偏振片或格林棱镜偏振器； 所述的光电探测器为线性阵列光电探测器，优选为至少三单元的光电池组或光电二极管构成，或为CCD线阵探测器、SSPD线阵探测器； 所述的信号采样放大和AD转换电路主要由电源电路、模拟信号放大电路、模数转换电路与单片机电路组成； 所述的样品旋转台还设置角度标尺； 所述的样品旋转台还设有样品夹持装置和用于调节样品位置的三维调节螺母；三维调节螺母能用于样品平台底座水平及样品的垂直调整； 所述的光电探测器旋转平台还设置角度标尺，角度标尺有利于调整光电探测器的位置； 所述的样品旋转台与所述的探测器旋转平台优选通过传动机构耦合连接； 所述的探测器旋转平台的转角始终为所述样品旋转台的的二倍，以保证样品的反射光在任何角度都能被光电探测器各单元准确探测，方便及快速测量样品反射光强与入射角的关系； 所述的分光镜为普通镀膜平板分光镜或立方体镀膜分光棱镜，优选透反比为10：1～20：1的分光镜； 所述的光电探测器B为单元探测器，优选为硅光电二极管或光电池； 所述的装置在薄膜样品检测中的应用，特别适合用于对集成电路IC和/或功能薄膜器件进行检测。 本发明方法的工作原理为：采用三束或三束以上光束以不同入射角同时投射到薄膜的同一点，经薄膜反射后的光束由线阵列光电探测器接收并测量其光强，计算出不同入射角所对应的薄膜反射率，由多光束干涉原理及菲涅尔公式等对所得到的反射率数据进行反演或拟合，求出待测薄膜厚度、折射率及消光系数等光学参数。 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果： （1）本发明（包括方法和装置）不但比现有相关技术测量时间短，而且具有较高的空间分辨率。具体而言，即由于光束通过光栅衍射及透镜聚焦，不但使三束光或多束光同时入射样品表面同一位置，测量速度加快，测量时间大大减少，而且入射到样品表面的光斑直径小于20?m，提高了测量薄膜空间分辨率。若配