(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210233213.3 (22)申请日 2022.03.10 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 申请人 中国航空工业 集团公司北京长城航 空测控技 术研究所 (72)发明人 涂思语　杨超　刘德峰　黄倩　 刘伟　王可嘉　于淼　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 徐美琳 (51)Int.Cl. G01B 11/06(2006.01) G01N 21/21(2006.01)G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏 仪及测厚方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用可见光校准的直线 型太赫兹椭偏仪及测厚方法， 属于椭偏测厚技术 领域。 运用太赫兹高斯光束以及椭偏测厚方法设 计了直线型的系统， 并且运用可见光对系统校 准， 可以方便调节反射镜和样品台的位置， 克服 了太赫兹波不可 见而难以调节的缺 点。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114739298 A 2022.07.12 CN 114739298 A 1.一种利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 包括太赫兹波发射模块、 可见光发射模块、 准直透镜、 硅片、 波片、 第一反射镜、 第二反射镜、 样品台、 聚焦透镜和探测 器， 所述太赫兹波发射模块产生的太赫兹波入射至所述波片后产生第一椭圆偏振波束， 所 述第一椭圆偏振波束依次经过第一反射镜入射至样片台， 经过样品台反射后入射至第二反 射镜， 通过聚焦透镜被探测器接收； 所述可见光发射模块产生的可见光以与太赫兹波相互 垂直的方向入射至硅片， 经所述硅片反射后与太赫兹波传输光路重合， 入射至所述波片后 产生第二椭圆偏振光束， 所述第二椭圆偏振光束依 次经过第一反射镜入射至样片 台， 经过 样品台反射后入射至第二反射镜， 通过聚焦透镜被探测器接 收； 所述探测器用于根据样品 反射波束的偏振态以及样品入射波 束的偏振态计算膜厚； 所述可见光与太赫兹波经所述硅片反射后传输光路重合， 通过可见光发射模块调 整第 一反射镜、 第二反射镜与样品位置实现对太赫兹波的校准。 2.根据权利要求1所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 所述硅 片与太赫兹波传输光路呈45 °的角度。 3.根据权利要求1所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 所述太 赫兹波发射模块包括第一波源和 第一准直透镜， 所述第一准直透镜用于将所述第一波源发 出的太赫兹波 进行准直。 4.根据权利要求3所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 所述第 一波源为0.3TH z的高斯波源。 5.根据权利要求1所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 所述可 见光发射模块包括第二光源、 第二准直透镜， 所述第二准直透镜用于将所述第二光源发出 的可见光进行准 直。 6.根据权利要求1所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪， 其特征在于， 所述样 品台在未放置待测样品时为全反射镜 。 7.一种基于权利要求1至6任一项所述的利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪的测 厚方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.太赫兹波经过准直后入射至波片， 产生第一椭圆偏振波束， 所述第 一椭圆偏振波束 依次经过第一反射镜反射至样片台， 被样品台反射后的光束再经过第二反射镜反射， 经聚 焦后接收到样品入射波 束； S2.关闭太赫兹波， 可见光以与太赫兹波垂直的方向经过准直后入射， 经反射后与太赫 兹波传输光路重合， 入射至波片产生第二椭圆偏振光束， 所述第二椭圆偏振光束依 次经过 第一反射镜反射至样片 台， 被样品台反射后的光束再经过第二反射镜反射， 经聚焦后入射 至探测器； S3.根据探测器探测到的可见光， 调整第一反射镜、 第二反射镜与样品台的位置实现对 太赫兹波的校准； S4.关闭可见光， 待样品台上放置待测样品之后， 重复步骤S1接收到样品反射光束波 束， 根据样品反射波 束的偏振态以及样品入射波 束的偏振态计算膜厚。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述可见光与太赫兹波经反射后传输光路 重合。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114739298 A 2一种利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏仪 及测厚方 法 技术领域 [0001]本发明属于椭偏测厚技术领域， 更具体地， 涉及一种利用可见光校准的直线型太 赫兹椭偏仪及测厚方法。 背景技术 [0002]薄膜技术在各个科学领域， 尤其是当代真空技术和材料科学研究领域。 薄膜厚度 是薄膜物理性能的重要参数， 对于 薄膜的力学性能， 光学性能， 以及电磁学性能起着一定的 作用。 因此， 这就使对于 薄膜厚度在制模工艺中的准确测量具有越来越高的要求。 目前对于 薄膜厚度的测量方法有椭圆偏振测量法、 外差干涉测量法、 等厚干涉法、 反射光谱法， 透射 光谱法等测量方法。 [0003]椭圆偏振法是一种优越的测量薄膜厚度的光学方法。 它具有测量灵敏度 高， 精度 高， 非接触性， 非破坏性， 快速测量等优点。 椭圆偏振法分为反射椭圆偏振测量法， 透射椭圆 偏振测量法和散射椭圆偏振测量法。 反射式椭偏测量法分为消光式测量法和光度式测量 法。 光度式椭偏测量法是通过一定波长的椭圆偏振光斜入射到 薄膜上， 测量反射的偏振光， 基于数值计算原理， 计算膜厚。 [0004]太赫兹波(THz)是指频率介于100Ghz到10THz(波长为30um ‑3mm)之间的电磁波辐 射。 THz波在安全检查、 无损检测、 医疗诊断等方面具有重要的应用前景， 太赫兹波对很多介 电材料具有良好的穿透性， 因此可以用于行李安全检查， 探测隐藏的违禁物品。 并且， 太赫 兹波的光子能量更低， 安全性远远高于其他波段的电磁波。 因此， 将太赫兹波运用于测量薄 膜厚度， 不会损伤薄膜， 而且它可以精密测量毫米级和百微米级厚度的薄膜， 这是可见光所 不能做到的。 [0005]过去椭偏仪测厚基本是运用在可见光以及测量nm级别的厚度， 并且运用的都是偏 转型的椭偏测厚系统。 而 THz波是一种不可 见光。 因此传统的椭偏仪已不 适用。 发明内容 [0006]针对现有技术的缺陷， 本发明的目的在于一种利用可见光校准的直线型太赫兹椭 偏仪及测厚方法， 旨在解决针对在不可 见的太赫兹波段实现测厚的问题。 [0007]为实现上述目的， 本发明一方面提供了一种利用可见光校准的直线型太赫兹椭偏 仪， 首次使用太赫兹波测量样品厚度， 搭建直线 型太赫兹测量的椭偏系统， 并同步运用可见 光精密校准系统。 包括太赫兹波发射模块、 可见光发射模块、 准直透镜、 硅片、 波片、 第一反 射镜、 第二反射镜、 样品台、 聚焦透镜和探测器， 所述太赫兹波发射模块产生的太赫兹波入 射至所述波片后产生第一椭圆偏振波束， 所述第一椭圆偏振波束依次经过第一反射镜入射 至样片台， 经过样品台反射后入射至第二反射镜， 通过聚焦透镜被探测器接收； 所述可见光 发射模块产生的可见光以与太赫兹波相互垂 直的方向入射至硅片， 经所述硅片反射后与太 赫兹波传输光路重合， 依次经过波片、 第一反射镜入射至样片台， 经过样品台反射后入射至 第二反射镜， 通过聚焦透镜被探测器接收； 所述探测器用于根据样 品反射的0.3THz波束的说　明　书 1/5 页 3 CN 114739298 A 3