专利名称：椭偏仪测量系统的随机误差评估方法
技术领域：
本发明属于仪器测量技术领域，具体涉及一种新的评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法。该方法只需进行一次测量即可评估椭偏仪测量系统的随机误差，它适用于对多种配置类型的椭偏仪测量系统的随机误差进行评估。
背景技术：
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、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测量技术对待测样品进行测量标定的光学测量仪器系统。椭偏仪测量系统具有多种配置类型，包括旋转起偏器型、旋转检偏器型、单旋转补偿器型和双旋转补偿器型等。近年来，双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪测量系统配置得到逐步完善和广泛的应用。相对于其他椭偏仪测量系统配置，双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪测量系统通过控制两个补偿器按照一定比例(通常为5: 3)连续旋转，可以在一次测量中标定待测样品的所有16个穆勒矩阵元素，从而获得更丰富的样品信息，因此得到了广泛的应用。美国宾夕法尼亚州立大学的柯林斯等人(R.W.Collins et al.，J.0pt.Soc.Am.A, Vol.16,PP.1997-2006,1999)对双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪测量系统的测量配置设计、测量原理、数据处理及系统校准过程等进行了详细描述。本发明也将以双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪测量系统配置作为一个典型的实施例进行详细说明。在使用测量仪器对待测样品进行测量时，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等。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。为了合理地计算评估仪器随机误差，必须利用一定的技术手段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。

发明内容
本发明的目的是提供一种评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法，该方法简单可行，适用于多种配置类型椭偏仪测量系统。本发明提供的一种评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法，包括下述步骤:第I步建立待评估的椭偏仪测量系统的系统模型和系统传递函数；系统模型为式I所示的线性方程Jk式I
其中，Ih为探测器获得的信号，X1为待测参数，L为总的待测参数个数，下标h和I分别表示第h个测量分量和第I个待测参数，ahl表示第h个测量分量Ih关于第I个待测参数X1的系数，即椭偏仪测量系统传递特性；椭偏仪测量系统的系统传递函数如式II所示，其中，Itl为傅里叶系数直流分量，(α2η，β2η)为被直流分量Itl归一化的各阶傅里叶系数，下标η为傅里叶系数阶数，ω为旋转椭偏仪测量系统中旋转部件的旋转基频，N为椭偏仪测量系统的傅里叶系数总阶数；矩阵A中第I行第h列的元素ahl如式III所示，Blxh = A+是矩阵A的广义逆矩
阵，Ihx1是由H个测量分量Ih组成的向量
权利要求
1.一种评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法，包括下述步骤: 第I步建立待评估的椭偏仪测量系统的系统模型和系统传递函数； 系统模型为式I所示的线性方程
2.根据权利要求1所述的评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法，其特征在于，所述椭偏仪测量系统为旋转起偏器型、旋转检偏器型、单旋转补偿器型或双旋转补偿器型。
3.根据权利要求1所述的评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法，其特征在于，第3步具体过程为: 第3.1步测量暗电流噪声和热噪声，对多次测量数据进行平均，得到噪声模型的常数项系数Stl; 第3.2步测量散粒噪声和光源噪声，进行多次数据采集，将采集的数据画成散点图，进行回归分析得到噪声模型的系数，得到(^，S1); 第3.3步测量电机调制噪声，将采集的数据画成散点图，进行回归分析得到噪声模型的系数，得到(Stl, E1, ε2)； 第3.4步测量整个椭偏仪测量系统的随机噪声:整个椭偏仪测量系统调整到正常运行状态，按照正常模式进行数据采集，将测量的数据画成散点图，进行回归分析确定噪声模型的所有系数(εε 17 ε 2， ε 3)。
全文摘要
本发明公开了一种评估椭偏仪测量系统的随机误差的方法。该方法首先建立椭偏仪测量系统的系统模型和系统传递函数，然后通过分析椭偏仪测量系统的随机噪声的来源及特点，建立适用于具体配置类型椭偏仪测量系统的随机噪声模型，最后根据传递函数和随机噪声模型，推导随机噪声的传递模型，从而计算评估系统的随机误差。评估仪器随机误差的一般方法是进行多次测量，然后根据多次测量结果的分布情况评估测量系统的随机误差，本发明方法通过建立随机噪声模型和计算随机噪声传递特性，可以在一次测量中评估椭偏仪测量系统的随机误差。适用于现有多种配置类型的椭偏仪测量系统。
文档编号G01N21/21GK103217385SQ20131009464
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者刘世元, 谷洪刚, 陈修国, 张传维, 李伟奇, 杜卫超 申请人:华中科技大学