Les ellipsomètres spectraux matriciels de Mueller sont basés sur le formalisme Mueller - Stokes plus universel. Elle permet de construire une matrice de Mueller m 4x4 en faisant varier systématiquement l'état de polarisation de la lumière incidente (matérialisé par un déviateur et un générateur d'état de polarisation réglable) et en mesurant avec précision l'état de polarisation de la lumière réfléchie ou transmise constitué par les quatre paramètres de Stokes (matérialisé par un déviateur et un analyseur d'état de polarisation). Cette matrice décrit de manière complète toutes les variations de l'échantillon par rapport à la lumière polarisée incidente (intensité, polarisabilité, direction de polarisation, ellipticité, etc.), contient une richesse d'informations allant bien au - delà de ₃ et Δ et est particulièrement adaptée à l'analyse d'échantillons complexes présentant une anisotropie, une rugosité, une structure structurée ou des effets de dépolarisation existants.Le
Un ensemble typique d'ellipsomètres spectraux à matrice de Mueller est principalement constitué de plusieurs sous - systèmes clés qui travaillent ensemble pour former une chaîne de mesure optique précise:
1. Source lumineuse et système de génération spectrale
C'est le point de départ des mesures qui fournissent une large gamme de longueurs d'onde de la lumière incidente à l'ensemble du système.
Source lumineuse: lampe halogénotungstène ou lampe au xénon généralement avec une luminosité élevée et un large spectre. Pour des applications spécifiques, des matrices laser ou LED peuvent également être utilisées. La stabilité et la continuité spectrale de la source lumineuse sont essentielles.
Monochromateur / spectromètre: dans les systèmes de type analyseur / compensateur rotatif ou de type imagerie, un monochromateur est souvent utilisé pour disperser la lumière à large spectre, en sélectionnant une longueur d'onde spécifique pour la mesure. Alors que dans les systèmes de type transformée de Fourier ou à base de détecteurs matriciels, plusieurs longueurs d'onde sont détectées simultanément à l'aide d'un spectromètre. Moderne Multi - adopter ce dernier, en utilisant une source de lumière à large bande combinée avec un détecteur matriciel haute sensibilité pour réaliser un balayage spectral rapide.
Optique de collimation et de focalisation: comprend des lentilles, des miroirs, etc., pour collimater la lumière émise par la source lumineuse en faisceaux parallèles et la focaliser avec précision sur le point de mesure à la surface de l'échantillon, assurant la contrôlabilité de la taille du spot et de l'angle d'incidence.
2. Générateur d'états de polarisation
Responsable de la génération d'une série d'états de polarisation incidents connus et précisément contrôlables.
Déviateur: généralement une lame polarisante linéaire fixe qui convertit la lumière non polarisée émise par une source lumineuse en lumière polarisée linéairement dans une direction particulière, servant de référence pour la modulation ultérieure.
Élément générateur d'états de polarisation réglable: C'est le cœur du PSG qui est utilisé pour générer l'état de polarisation arbitraire désiré (linéaire, circulaire, elliptique) en faisant varier son angle d'orientation et / ou son retard de phase, à partir de la lumière polarisée linéairement produite par l'inverseur. Les techniques couramment utilisées comprennent:
Compensateur rotatif: utilisez une lame fixe (généralement une lame quart d'onde) et un compensateur tournant à grande vitesse (une autre lame).
Déviateur / analyseur rotatif: changer la direction de polarisation en faisant tourner l'déviateur et / ou le déviateur. La structure est relativement simple, mais la mesure est plus lente.
Modulateur optoélectronique: utilise l'effet piézoélectrique pour moduler rapidement le retard de phase de la lame d'onde, permettant une modulation d'état de polarisation à grande vitesse, sans pièces mobiles, mais à un coût élevé et avec une plage spectrale potentiellement limitée.
Latence variable à cristaux liquides: la modification du retard de phase par le contrôle de l'orientation des molécules de cristaux liquides par la tension permet un contrôle statique et sans pièces mobiles de l'état de polarisation, une grande flexibilité, mais la vitesse de réponse et la plage spectrale doivent être optimisées.
3. Table d'échantillon et contrôle d'angle
La table d'échantillonnage est le lieu où la lumière interagit avec l'échantillon et sa précision affecte directement les résultats de mesure.
Table d'échantillon de précision: fournir une plate - forme stable pour placer l'échantillon, généralement avec un ajustement de translation 3D XYZ, pour s'assurer que le spot de mesure est positionné avec précision dans la zone spécifique de l'échantillon.
Mécanisme de contrôle angulaire: la clé est le réglage de l'angle d'incidence. Les mesures sont généralement effectuées sous plusieurs angles d'incidence pour augmenter la quantité d'informations et améliorer la précision de l'ajustement.
Contrôle de l'environnement (en option): possibilité d'intégrer une chambre de contrôle de la température, du vide ou de l'atmosphère pour étudier les variations dynamiques de l'échantillon dans différents environnements.
4. Analyseur d'état de polarisation
Responsable de la mesure précise de l'état de polarisation complet de la lumière réfléchie (ou transmise) par l'échantillon.
Déviateur: semblable à un déviateur, il s'agit généralement d'une lame polarisante linéaire.
Élément d'analyse d'état de polarisation réglable: pour l'analyse de différentes composantes de polarisation. Avec une rotation à grande vitesse et une détection synchrone, les quatre paramètres de Stokes de la lumière réfléchie peuvent être démodulés.
Système d'imagerie: les informations de polarisation de la surface de l'échantillon sont projetées sur un détecteur matriciel bidimensionnel, permettant des mesures matricielles de Mueller résolues spatialement.
5. Système de détection
Convertir un signal optique en un signal électrique traitable.
Détecteur: sélectionné en fonction de la gamme spectrale. Nécessite une sensibilité élevée, un faible bruit, une large plage dynamique et une bonne réponse linéaire.
Traitement et acquisition du signal: comprend un amplificateur, un convertisseur analogique - numérique (ADC) et une carte d'acquisition de données haute vitesse. Pour les systèmes à éléments rotatifs, un signal de synchronisation précis, tel qu'un signal de codeur, est nécessaire pour déclencher l'acquisition de données, garantissant un enregistrement précis de l'intensité lumineuse à chaque position angulaire du cycle de rotation.
6. Systèmes de contrôle et de traitement des données
Ordinateur avec logiciel de contrôle: tout le matériel pour contrôler la source lumineuse, le mécanisme rotatif (vitesse, position), la collecte du détecteur, le mouvement de la table d'échantillons, etc. Effectuer des séquences de mesure, surveiller les données en temps réel.
Logiciel de traitement et de modélisation des données: les données brutes d'intensité lumineuse acquises subissent un algorithme sophistiqué pour contrer les éléments de la matrice de Mueller. L'utilisateur établit ensuite un modèle optique physique de l'échantillon, le logiciel ajuste la matrice de Mueller calculée par rapport à la matrice de Mueller mesurée, les paramètres du modèle de contre - performance (épaisseur, N, K, rugosité, orientation de l'axe cristallin, etc.) et évalue la qualité de l'ajustement.