本文關(guān)鍵詞：深紫外寬光譜成像橢偏儀的研制

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【摘要】：成像橢偏測量是具有高橫向分辨率的橢偏測量技術(shù)。它能實現(xiàn)同時對樣品表面光學成像的每個像元進行橢偏測量,進而獲得材料物理參數(shù)(例如,膜厚、折射率、消光系數(shù)、表面微粗糙度、合成材料中的組分比例等)及其空間分布,是一種測量速度快,且無損傷測量技術(shù)。正是這種測量的快速精確性,使得成像橢偏儀在眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用,尤其是在薄膜測量中扮演著舉足輕重的作用。有別于傳統(tǒng)的透射式光學系統(tǒng)設(shè)計,本論文采用全反射式光學聚焦結(jié)構(gòu),通過獨特的偏振控制技術(shù),來實現(xiàn)寬光譜、無色差成像橢偏儀的測量研究。特別地,光路設(shè)計采用兩對離軸拋面鏡和平面反射鏡的特定組合有效消除了全反射式聚焦結(jié)構(gòu)帶來的偏振態(tài)的變化。為了簡化常用校準法的復雜過程,本論文采用了一種利用多個標準樣品來實現(xiàn)成像橢偏儀校準的方法。簡單來說,該校準方法是通過測量多個已知薄膜厚度和光學特性的標準樣品隨補償器角度變化的波長光強分布圖像,借助區(qū)域平均、傅里葉分析和最小二乘擬合得到整個成像橢偏系統(tǒng)的校準參數(shù),包括起偏器／檢偏器方位角、波片相位延遲、補償器初始方位角等。在系統(tǒng)校準之后,本論文利用校準之后的系統(tǒng)參數(shù)對待測樣品進行了成像橢偏分析,確定出樣品的橢偏角Ψ和△,并給出相應(yīng)的薄膜厚度分布。通過對2-300nm的SiO2/Si薄膜樣品在200-1000nm內(nèi)多波長下的成像橢偏測量,驗證了自制成像橢偏儀測量的準確性,Si02薄膜厚度的最大測量相對誤差小于6%。最后,本論文提出了一種可以有效提高成像分辨率的技術(shù)—超分辨率技術(shù),它能將多幅含有不同細節(jié)的低分辨率圖像,融合重建出高分辨率的圖像。本論文通過實驗對比,說明了超分辨率技術(shù)在成像橢偏儀中的實用和高效性,并對該技術(shù)在成像橢偏儀中的應(yīng)用進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：成像橢偏 薄膜 校準 橢偏測量 超分辨率
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第1章 緒論16-22
• 1.1 概述16-19
• 1.1.1 研究背景與意義16-18
• 1.1.2 成像橢圓偏振術(shù)18-19
• 1.2 成像橢偏技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展19-21
• 1.2.1 橢偏技術(shù)的發(fā)展歷史19-20
• 1.2.2 成像橢偏技術(shù)的現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本論文主要工作21-22
• 第2章 成像橢偏裝置的理論22-36
• 2.1 測量的基本理論22-28
• 2.1.1 橢圓偏振22-23
• 2.1.2 菲涅耳方程23-24
• 2.1.3 薄膜中的光學反射模型24-27
• 2.1.4 橢偏測量術(shù)27-28
• 2.2 系統(tǒng)的設(shè)計理論28-34
• 2.2.1 史托克斯參數(shù)與瓊斯矢量28-29
• 2.2.2 瓊斯矩陣和穆勒矩陣29-31
• 2.2.3 偏振光學系統(tǒng)31-32
• 2.2.4 儀器設(shè)計思想32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第3章 成像橢偏儀實驗系統(tǒng)裝置36-46
• 3.1 系統(tǒng)實驗平臺36-41
• 3.1.1 光源37
• 3.1.2 濾光片37-38
• 3.1.3 偏振器件38-39
• 3.1.4 離軸拋物面鏡39
• 3.1.5 CCD探測器39-41
• 3.2 系統(tǒng)的性能指標41-45
• 3.2.1 系統(tǒng)的橫向分辨率41-43
• 3.2.2 系統(tǒng)的畸變43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 多樣品校準方法46-51
• 4.1 傳統(tǒng)校準方法簡介46
• 4.2 成像橢偏的多樣品校準方法46-49
• 4.2.1 多樣品校準法原理46-48
• 4.2.2 多樣品校準法分析步驟48-49
• 4.2.3 多樣品校準法的評價函數(shù)49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第5章 成像橢偏系統(tǒng)的校準與測量51-66
• 5.1 實驗方法51-53
• 5.2 成像橢偏系統(tǒng)的校準53-56
• 5.3 成像橢偏儀樣品的測量56-61
• 5.4 探測光束光強分布的影響61-62
• 5.5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計62-64
• 5.5.1 樣品的定位聚焦63-64
• 5.5.2 圖像的采集設(shè)置/圖像分析區(qū)域的選擇64
• 5.5.3 數(shù)據(jù)的處理和分析64
• 5.6 本章小結(jié)64-66
• 第6章 超分辨率技術(shù)在成像橢偏系統(tǒng)中的研究66-73
• 6.1 超分率的概念66-67
• 6.2 超分辨率技術(shù)的分類67-69
• 6.2.1 基于插值的方法67
• 6.2.2 基于重建的方法67-68
• 6.2.3 基于學習的方法68
• 6.2.4 重建圖像的質(zhì)量評價68-69
• 6.3 超分辨率重構(gòu)算法的實現(xiàn)69-71
• 6.3.1 多幀圖像超分辨重建算法69-70
• 6.3.2 基于重構(gòu)的超分辨算法的測試應(yīng)用70-71
• 6.4 本章小結(jié)與展望71-73
• 第7章 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文79

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本文編號：723696