基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量

在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控,在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义.光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段.传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值,而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析.此外,由于其只能进行单点测试,必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息,从而严重影响测试效率.为此,本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合,提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量.Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势,同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点,有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.

斯托克斯椭偏仪的非线性最小二乘拟合偏振定标

由于传统的斯托克斯椭偏仪定标方法中入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件的制造与装调误差都会降低仪器矩阵的定标精度,从而影响偏振态的测量精度,本文提出了基于非线性最小二乘拟合算法的仪器矩阵偏振定标方法.该方法将描述定标单元的参量和仪器矩阵的所有矩阵元一起作为未知参数,根据偏振光学传输理论建立探测光强与未知参数的函数关系式；然后,基于非线性最小二乘拟合方法拟合实际探测光强随定标单元方位角的变化曲线,进而得到斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.实验中使用该方法和传统方法在500～700 nm波段分别定标了KD＊P型斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.结果显示,新方法在500～600 nm波段获得的斯托克斯参数的总均方根（RMS）偏差为1.6％,较传统定标方法提高约0.5％；波长大于600 nm时,由于系统信噪比降低使得新方法的测量精度降为2.4％,但仍然远高于传统方法的测量精度.结果表明,提出的方法简单易行,适用于各种斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵定标.

基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭偏技术

提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术相比,其测量结果的光谱分辨率更高且降低了通道串扰产生的概率。

单电机驱动广义椭偏仪变角结构设计与实现

针对目前常见广义椭偏仪变角结构多采用双电机驱动,且存在结构复杂、变角后光路存在偏离等问题,论文提出一种单电机驱动广义椭偏仪新的变角结构。该结构采用固定起偏臂,利用同步齿轮传动单电机驱动方式使载物台和检偏臂同步旋转,实现椭偏仪多角度测量。在传统卧式结构广义椭偏仪变角结构基础上,设置样品载物台和检偏臂1∶2同步传动,并通过Inventor运动仿真验证了本结构的可行性。论文提出的单电机驱动变角结构变角后不仅维持了变角前后的准直,而且其整体结构简单,极大地优化了椭偏仪变角的复杂度,在广义椭偏仪工程化进程中有比较重要的应用价值。

分振幅光偏振测量仪

分振幅光偏振测量仪(DOAP)是高速测量光偏振的传感器,它利用振幅分割原理,能够同时近似实时地测量出描述光偏振态的所有4个Stokes参数。从装置结构、定标方法、工作波长和应用领域等方面,对最近20年多年来国内外在该领域的研究状况进行了较为详细的分析和总结,并指出了该技术的发展方向。

单电机驱动椭偏双补偿器旋转结构及系统控制

针对目前双伺服电机控制补偿器旋转的椭偏测量技术中电机同步旋转控制复杂,且探测器同步信号触发采集困难、长时间运行稳定性差等缺点。提出一种基于单电机驱动的双相位补偿器旋转结构以及控制方法。该结构中与伺服电机连接的同步齿轮的直径比为5∶3,不同的齿轮直径是为实现对双旋转补偿器的差速控制,结合双旋转补偿器椭偏测量理论,实现样品的多维度信息获取;且基于控制理论设计伺服电机驱动电路和信号触发采集电路,完成相关硬件方面设计。最终实现系统在长时间运行过程中补偿器转速稳定可控,一次测量可得穆勒矩阵16个参数,为椭偏测量样品各维度信息提供理论依据及技术支撑。

斯托克斯椭偏仪仪器矩阵在位定标方法

斯托克斯椭偏仪可以快速测量薄膜材料的光学参数,其仪器矩阵的精确度直接影响系统对薄膜反射光线斯托克斯参量的测量,间接限制了薄膜参数的测量精度。对线偏振光与标准薄膜片产生不同偏振态的机制进行理论推导,并根据四点定标法原理,利用线偏振光与标准薄膜片组合的在位定标方法实现对斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的精确测量,有效避免了传统定标方法中光学元件方位角及其不完美产生的误差,进而提高了薄膜光学参数的测量精度。实验表明,采用在位定标方法,薄膜反射光线的斯托克斯参量的测量精度达0.6%,薄膜厚度及折射率的测量偏差分别小于0.2nm及0.003。

Mueller矩阵成像偏振仪的误差标定和补偿研究

Mueller矩阵成像偏振仪是测量材料和器件偏振特性的重要仪器,也是测量浸没光刻机偏振像差的检测仪器,该偏振仪由偏振态产生器和偏振态分析器组成。其组成中的λ/4波片相位延迟量误差及其快轴方位角误差与偏振片透光轴的方位角误差是影响Mueller矩阵成像偏振仪测量精度的主要误差源。通过对本课题组研制的Mueller矩阵成像偏振仪中5个主要误差因素进行标定和补偿,显著提高了其测量精度。利用傅里叶分析法获得各项傅里叶系数,并根据各个误差与傅里叶系数的关系,实现了这些误差的标定,即达到对Mueller矩阵成像偏振仪误差标定的目的。根据标定出的误差大小对Mueller矩阵成像偏振仪进行了补偿。实验结果表明,通过对器件参数误差标定和补偿,Mueller矩阵成像偏振仪的测量精度由0.2015提高到0.1051,提高了47.84%。最后用该Mueller矩阵成像偏振仪对一个物镜系统的偏振像差进行了测量,重复测量精度达到了1.1%。

穆勒矩阵成像椭偏仪误差源的简化分析方法

针对穆勒矩阵成像椭偏仪的系统误差源提出一种简化分析方法,将光强曲线的理想傅里叶级数系数组与实际系数组进行近似匹配,建立穆勒矩阵测量误差与误差源参数之间的线性模型。针对解析式复杂的随机方位角误差,从统计学角度提出了一种等效噪声模型以分析其对测量结果的影响。采用上述简化方法系统分析了椭偏仪的6种系统误差源和2种随机误差源对穆勒矩阵测量结果的影响,并以一个典型光刻投影物镜的穆勒光瞳为检测对象,进行了检测仿真。仿真结果验证了所提方法分析的准确性。

聚氧化乙烯固态电解质热循环结晶行为研究

为解决现有锂离子电池的安全性问题,固态电解质的研究备受关注。通过在聚氧化乙烯(PEO)中添加不同含量的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)并进行循环加热处理,利用穆勒矩阵椭偏仪(MME)监测PEO在加热和冷却过程中的薄膜厚度以及双折射的变化,并用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热分析仪(DSC)、原子力显微镜(AFM)及偏光显微镜(POM)对其结晶行为和表面进行验证。结果表明,PEO在加热和冷却时薄膜厚度和双折射值发生了明显的改变,用DSC和XRD验证发现其改变的温度对应PEO的熔融和结晶温度;添加LiTFSI的PEO薄膜熔点由64.55℃降低到59.47℃,结晶度由55.6%降低到23.1%,但是经过热循环后结晶度会增大。