基于矢量光束偏振特性的薄膜参数表征

传统椭偏仪表征薄膜参数时存在光斑尺寸较大、空间分辨率较低且基底透明时易受背面反射光干扰等问题。针对这些问题，提出采用高数值孔径显微物镜聚焦线偏振光的方法，以形成矢量光束照明薄膜。紧聚焦光束由不同角度入射光线组成，受到薄膜反射系数的影响，光束反射时形成结构化图案，且图案细节与薄膜参数密切相关，通过对反射光束进行成像即可反演薄膜参数。基于电磁理论数值模拟了薄膜不同参数对反射光场的影响，并进行了实验验证。结果表明，反射光场对薄膜参数的变化较为敏感，硅表面二氧化硅薄膜厚度的反演误差低于2 nm，重复测量误差低于0.3 nm。该方法得到的光斑尺寸接近衍射极限，显著提高了空间分辨率，在纳米结构表征领域的应用前景广阔。