CN117109455A - 薄膜厚度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种薄膜厚度测量装置，包括样品台，薄膜厚度测量装置还包括：发射端，发射端用于向样品台上的样品发射入射光，入射光由四个波长不同的激光汇合形成，并且，发射端可以将入射光调节为线偏振光；接收端，接收端用于接收样品反射形成的出射光，接收端包括检偏组件和探测组件，通过调节检偏组件，实现对不同方位角下出射光强的探测，在每一方位角下，获得一组四个激光的波长对应的光强值；处理组件，根据方位角和光强值，分别采用椭偏测量和光谱测量的计算方法，获得样品的薄膜厚度和光学参数，并将两者方法计算得的薄膜厚度进行对比，以确定样品的薄膜厚度取值。本申请提供的测量装置可以完整地覆盖薄膜厚度测量的范围。

Description

薄膜厚度测量装置及方法

技术领域

本申请涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种薄膜厚度测量装置及方法。

背景技术

光学薄膜的检测主要由两个方面构成，薄膜厚度和光学常数；在实际的生产制备中，还需要对薄膜的厚度分布的均匀性进行检测。在薄膜厚度和光学常数的测量中，椭偏测量和光谱测量是目前使用最为广泛的技术，但是两者在薄膜厚度的测量范围和精度不同，目前针对不同的薄膜厚度需要采用不同的方法进行测量，测量步骤较为复杂。

在相关技术中，光谱测量多采用分光光度计，通过分光光度计测量得出薄膜的反射(或透射)光谱，进而计算薄膜的反射率和透过率，并计算薄膜的厚度和光学常数。椭偏测量则可以采用激光、LED灯、卤素灯等作为光源，通过调制入射到薄膜的和经由薄膜反射的偏振光，对薄膜的厚度和光学常数进行测量。其中光谱测量的测量范围较大，但是测量几百纳米薄膜的测量精度较差，无法满足测量需求；而对于椭偏测量来说，由于薄膜厚度的周期性问题，无法对多个周期厚度的薄膜进行测量，会存在多解的问题，虽然目前也有采用穆勒矩阵的宽光谱薄膜厚度测量装置，但是需要对每一个器件进行定标，同时安装等误差会对测量结果产生较大的影响。

因此，有必要提出一种技术方案，解决相关技术中薄膜厚度测量方法测量薄膜厚度时测量范围受限的问题。

发明内容

本申请的目的在于提出一种技术方案，解决相关技术中薄膜厚度测量方法测量薄膜厚度时测量范围受限的问题。

基于以上问题，本申请提供一种薄膜厚度测量装置，包括样品台，样品台用于承载样品，薄膜厚度测量装置用于检测样品的薄膜厚度和光学常数，薄膜厚度测量装置包括：

发射端，发射端用于向样品台上的样品发射入射光，入射光由四个波长不同的激光汇合形成，并且，发射端可以将入射光调节为线偏振光；

接收端，接收端用于接收样品反射形成的出射光，接收端包括检偏组件和探测组件，通过调节检偏组件，实现对不同方位角下出射光强的探测，在每一方位角下，获得一组四个激光的波长对应的光强值；

处理组件，根据方位角和光强值，分别采用椭偏测量和光谱测量的计算方法，获得样品的薄膜厚度和光学参数，并将两者方法计算得的薄膜厚度进行对比，以确定样品的薄膜厚度取值。

进一步的，发射端包括：

光源组件，包括四个激光发射器，各个激光发射器所发射的激光波长各不相同；

分束器组，包括级联的分束器，将各个激光发射器所发射的激光组合成公共光束；

起偏组件，包括第一偏振器，第一偏振器可旋转方位角，用于将公共光束转换为线偏振光，并将转换为线偏振光的公共光束作为入射光。

进一步的，接收端包括：

检偏组件，包括第二偏振器和第三偏振器，入射光经过样品表面反射后形成出射光，出射光依次经过第二偏振器和第三偏振器，第二偏振器和第三偏振器的方位角可调；

二向色镜组，二向色镜组包括三个二向色镜，各个二向色镜同光轴排列，出射光经过二向色镜时部分反射、部分透射，以将不同波长的光分离；

探测组件，包括四个探测器，其中三个探测器分别接收各个二向色镜反射的光束，剩余一个探测器接收从最后一个二向色镜透射的光束，探测器用于探测所接收光束的光强。

进一步的，第二偏振器采用磁光调制器件。

进一步的，处理组件通过如下公式计算椭偏参数ψ和Δ：

2ψ＝arccos(-s₁/s₀)

Δ＝arccos(s₂/s₀·sin2ψ)

式中，s₀、s₁、s₂表示斯托克斯参量，通过如下公式计算：

s_0-i＝4×(a_0-i-a_4-i)

式中，a_0-i、a_2-i、b_2-i、a_4-i、b_4-i为傅里叶系数，通过如下公式计算获得：

式中，i表示探测器序号，N表示检测的方位角总数，I_j表示探测器i在第j次检测中获得的光强值，W_j表示第二偏振器在第j次检测中的方位角；

处理组件根据椭偏参数ψ和Δ，通过数值反演计算获得样品薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。

进一步的，处理组件还根据S偏振光和P偏振光的光强，计算P光分量和S光分量的总反射系数，P光分量和S光分量的总反射系数通过如下公式表示：

其中，r_1p，r_1s分别为空气/薄膜界面进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数，r_2p，r_2s分别为薄膜/基片界面上进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数，2δ是相邻反射光光束之间的相位差，通过如下公式表示：

式中，而λ为光的波长，n为薄膜的复折射率，为薄膜中的折射角；

处理组件还根据计算得到的薄膜对四个波长的反射率，计算得出薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数。

进一步的，处理组件根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得椭偏测量结果，椭偏测量结果包括样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数；

处理组件还根据光谱测量原理对光强数据进行处理，计算样品薄膜对不同波长光束的反射率，并根据反射率获得光谱测量结果，光谱测量结果包括样品的薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数；

处理组件还将椭偏测量结果与光谱测量结果对比，当椭偏测量值与光谱测量值均在一个厚度周期范围内时，测量结果输出椭偏测量值，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出光谱测量值作为测量结果。

进一步的，样品台包括：

载物平面用于承载样品；

五维调节平台用于保障待测样品所在平面与入射平面垂直，并调整让载物平面中心与入射光轴重合；

电动旋转平台带动载物平面旋转，从而使待测样品旋转，实现圆周测量。

本申请还提供一种薄膜厚度测量方法，该方法基于如上所述的薄膜厚度测量装置进行，方法包括一下步骤：

S1、根据样品上薄膜的折射率范围，设置入射光的入射角度；

S2、样品台上放置样品基片，并将第一至第三偏振器的偏光轴先后调节至P分量和S分量，调整样品台和接收端，获得合适信号，并记录作为基线；

S3、将样品放置在样品台上，样品中心与样品台中心对准；

S4、调节第一至第三偏振器，采集光强数据，根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得椭偏测量结果，椭偏测量结果包括样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数；

S5、调节第一至第三偏振器，采集光强数据，根据光谱测量原理对光强数据进行处理，计算样品薄膜对不同波长光束的反射率，并根据反射率获得光谱测量结果，光谱测量结果包括样品的薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数；

S6、将椭偏测量结果与光谱测量结果对比，当椭偏测量值与光谱测量值均在一个厚度周期范围内时，输出椭偏测量值作为测量结果，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出光谱测量值作为测量结果。

进一步的，步骤S4中包括以下步骤：

S41、控制第一偏振器的偏光轴与入射光的入射面成45°角，第三偏振器的偏光轴与入射面成0°角；

S42、调节第二偏振器，使得第二偏振器的初始偏光轴位置与入射面成0°角；

S43、采用磁光调制改变第二偏振器的方位角，方位角每改变θ，记录一次光强数据；

S44、根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。

根据以上说明，本发明将光谱测量与椭偏测量结合，可以完整地覆盖薄膜厚度测量的范围，并可以根据椭偏测量和光谱测量的结果实现自标定，提高了测量精度膜厚。并在载物台的设计中引入自动位移结构，在对一点的厚度测量后，可以根据不同位置处的光强，快速获得薄膜分布情况，判断薄膜均匀性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置示意图；

图2为本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置中发射端和接收端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置中第二偏振器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的样品台示意图；

图5为本申请实施例提供的薄膜厚度测量方法流程图。

薄膜厚度测量装置100，样品台11，发射端12，接收端13，处理组件14，载物平面111，五维调节平台112，电动旋转平台113，电动X轴位移平台114，光源组件121，分束器组122，起偏组件123，检偏组件131，二向色镜组132，探测组件133，第一偏振器1231，第二偏振器1311，第三偏振器1312，磁光晶体1311a，控制器1311b。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述，但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

如图1所示，本申请提供一种薄膜厚度测量装置100，包括样品台11，样品台11用于承载样品，薄膜厚度测量装置100用于检测样品的薄膜厚度和光学常数。薄膜厚度测量装置100还包括：

发射端12，所述发射端12用于向所述样品台11上的样品发射入射光，所述入射光由四个波长不同的激光汇合形成，并且，所述发射端12可以将所述入射光调节为线偏振光；

接收端13，所述接收端13用于接收所述样品反射形成的出射光，所述接收端13包括检偏组件131和探测组件133，通过调节所述检偏组件131，实现对不同方位角下出射光强的探测，在每一方位角下，获得一组四个所述激光的波长对应的光强值；

处理组件14，根据所述方位角和所述光强值，分别采用椭偏测量和光谱测量的计算方法，获得所述样品的薄膜厚度和光学参数，并将两者方法计算得的薄膜厚度进行对比，以确定样品的薄膜厚度取值。

根据以上说明，本申请实施例提供一种将椭偏测量和光谱测量相结合的薄膜测量装置。利用本申请实施例提供的装置，可以在同一时间同时对椭偏测量和光谱测量两种测量方式所需的参数进行测量，确保两者测量方式所采用的计算参数是在同等条件下测量获得，从而可以通过将椭偏测量和光谱测量的计算结果进行对比，可以自动判断薄膜厚度范围，对测量结果进行自主验证，从而可以解决椭偏测量对多个周期厚度的薄膜进行测量会存在多解的问题，利用本申请提供的薄膜厚度测量装置100，可以完整地覆盖薄膜厚度测量的范围，并可以根据椭偏测量和光谱测量的结果实现自标定，提高了测量精度膜厚。

如图2所示，作为一种可选的实现方式，发射端12包括光源组件121、分束器组122以及起偏组件123。

其中，光源组件121包括四个激光发射器，各个激光发射器所发射的激光波长各不相同。本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100采用激光作为光源，具有良好的准直特性，不必采用透镜等结构，减少色散对检测的影响，提高了检测精度。

分束器组122包括级联的分束器，将各个激光发射器所发射的激光组合成公共光束。

起偏组件123包括第一偏振器1231，第一偏振器1231可旋转方位角，用于将公共光束转换为线偏振光，线偏振光作为入射光照射在样品表面。

作为一种可选的实现方式，接收端13包括检偏组件131、二向色镜组132和探测组件133。

其中，检偏组件131包括第二偏振器1311和第三偏振器1312，入射光经过样品表面反射后形成出射光，出射光依次经过第二偏振器1311和第三偏振器1312，第二偏振器1311和第三偏振器1312的方位角可调；

二向色镜组132包括三个二向色镜，各个二向色镜同光轴排列，出射光经过二向色镜时部分反射、部分透射，以将不同波长的光分离；

探测组件133包括四个探测器，其中三个探测器分别接收各个二向色镜反射的光束，剩余一个探测器接收从最后一个二向色镜透射的光束，探测器用于探测所接收光束的光强。

处理组件14可以根据方位角和光强值，分别采用椭偏测量和光谱测量的计算方法，获得样品的薄膜厚度和光学参数，并将两者方法计算得的薄膜厚度进行对比，以确定样品的薄膜厚度取值以及所述薄膜厚度取值所对应的所述光学参数。

具体的，对于椭偏测量，通过同一光谱对反射光的偏振态变化进行测量，如果已知偏振方向的线偏振光从样品表面反射，则反射光会变成椭圆偏振光，椭圆偏振光的偏振态取决于入射角、线偏振光的入射方向以及样品表面的反射特性，可以在椭圆偏振测量中确定两个椭偏参数ψ和Δ，利用椭偏参数ψ和Δ获得材料的光学常数和样品的薄膜厚度。其中，对于椭偏参数ψ，tanψ表示p光与s光反射后振幅的比值，Δ则表示p光与s光相位差的变化量。

作为一种可选的实现方式，处理组件14可以根据以下方式计算获得椭偏参数ψ和Δ。

S11、调节第二偏振器1311件的方位角至第j个预设角度W_j，每一探测器获得在该方位角下对应的光强值I_j，每一探测器通过检测N个不同方位角下的光强，获得N个光强值。

S12、构建光强表示公式，光强表示公式如下：

I_i＝a_0-i+a_2-icos 2A+b_2-isin2A+a_4-icos4A+b_4-isin4A

式中，I_i为不同探测器获得的光强，a_0-i、a_2-i、b_2-i、a_4-i、b_4-i为傅里叶系数；

S13、针对第i个探测器，根据其检测获得的N个不同方位角下对应的光强值，按照离散周期函数傅里叶系数公式计算傅里叶系数，离散周期函数傅里叶系数公式表示如下：

式中，i表示探测器序号，N表示检测的方位角总数，I_j表示探测器i在第j次检测中获得的光强值，W_j表示第二偏振器1311在第j次检测中的方位角。

S14、根据傅里叶系数计算斯托克斯参量。斯托克斯参量可以通过如下公式计算获得：

s_0-i＝4×(a_0-i-a_4-i)

S15、根据斯托克斯参量，计算获得椭偏参数ψ和Δ。

可以通过如下公式计算椭偏参数ψ和Δ：

2ψ＝arccos(-s₁/s₀)

Δ＝arccos(s₂/s₀·sin2ψ)

当只有单个波长时，是不完全偏振仪，只能获得3个斯托克斯参量，无法判断Δ的正负，同时考虑到测量以及光电探测器的相应误差等，无法解得光学常数。而本申请采用四个激光器组成的四波长的入射光，对于每一波长，均可以求得一组椭偏参数ψ和Δ，因此可以获得四组椭偏参数ψ和Δ。根据每一组椭偏参数ψ和Δ，均可以通过数值反演计算可以求出待测样品的薄膜厚度和光学常数等参数。将根据四组椭偏参数数值反演计算得的薄膜厚度作均值处理，以薄膜厚度的平均值作为样品薄膜厚度的测量结果。类似的，将根据四组椭偏参数数值反演计算得的光学常数作均值处理，以光学常数的平均值作为样品薄膜的光学常数测量结果。

根据以上说明可知，本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100可以利用椭偏测量方式获得样品的薄膜厚度和光学常数等参数。

本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100还可以利用光谱测量的方式获得样品的薄膜厚度和光学常数等参数。

作为一种可选的实现方式，在光谱测量中，需要先对薄膜基片进行测量定标，定标时偏振器件光轴位于同一平面，分别测量S偏振光和P偏振光的光强，然后放上薄膜样品，获得对应的光强信息，由多光束平板干涉理论可得，P光分量和S光分量的总反射系数为：

其中，r_1p，r_1s分别为空气/薄膜界面进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数，r_2p，r_2s分别为薄膜/基片界面上进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数。2δ是相邻反射光光束之间的相位差，可以通过如下公式表示：

式中，而λ为光的波长，n为薄膜的复折射率，为薄膜中的折射角，将测量计算得到的四个波长的反射率带入即可计算得出薄膜的厚度和光学常数。

根据以上说明可知，本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100可以通过一次测量，同时利用椭偏测量和光谱测量的方式分别计算获得样品的薄膜厚度和光学常数，并根据两者对测量结果进行验证，提高了测量的准确性，同时提高测量的简便性。并且，通过这种方式，本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100可以覆盖完整薄膜测量的厚度范围，可以满足薄膜测量需求。

具体的，对于测量几百纳米以上薄膜厚度的情况，可以根据光谱测量的结果作为薄膜的厚度。而对于测量几百纳米以下的薄膜厚度情况，可以将椭偏测量的结果作为样品薄膜的厚度。

而对于椭偏测量由于薄膜周期性问题会存在多解的情况，本申请将光谱测量与椭偏测量结合，实现自标定。由于厚度的周期数已知，当椭偏测量的测量值(以下简称为椭偏测量值)与光谱测量的测量值(以下简称光谱测量值)均在一个厚度周期范围内时，测量结果输出椭偏测量值，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出光谱测量值作为测量结果。通过这种方式，可以排除膜厚的不确定值，提高膜厚测量精度。

作为一种可选的实现方式，本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100中，第二偏振器1311可以采用磁光调制器件。

具体的，磁光调制器件如图3所示。磁光调制器件包括磁光晶体1311a和控制器1311b。

磁光调制器件的工作原理为：若一束线偏振光沿磁光晶体轴线方向传播，利用控制器调整缠绕在磁光晶体上的电压，从而在沿着光轴方向产生直流磁场，出射光的偏振面将会旋转一个角度W，这个现象被称为磁光效应，磁光效应满足如下规律：

W＝VLB

其中，W为光波偏振面旋转的角度，V是Verdet(维尔德)常量，L是磁光晶体的长度，B是磁感应强度。通过控制器改变线圈上的电流来改变磁感应的强度B，从而让光波偏振面的旋转角度W。

根据以上说明，本申请采用磁光调制的方式控制第二偏振器1311，减少了运动器件，从而可以增加运行的稳定性，并提高了测量精度。此外，采用磁光调制的方式，对于方位角的调节更为方便迅捷，可以提高测量效率。

作为一种可选的实现方式，在本申请实施例中，样品台11的设计引入了自动控制的X轴(或Y轴)和旋转结构，在实际测试中，通过控制X轴(或Y轴)位移和载物平面111旋转，将薄膜的每一个点移动至入射面，实现对每一个位置的薄膜厚度测量。

样品台11的结构如图4所示，样品台11包括：载物平面111、五维调节平台112、电动旋转平台113、电动X轴位移平台114。

其中，载物平面111用于承载样品。

五维调节平台112用于保障待测样品所在平面与入射平面垂直，并调整让载物平面111中心与入射光轴重合。

电动旋转平台113带动载物平面111旋转，从而使待测样品旋转，实现圆周测量。

电动X轴位移平台114带动载物平面111前后(或左右)移动，实现距中心不同位置处的测量。

作为一种可选的实现方式，本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100包括薄膜均匀性测试模式。在薄膜均匀性测试模式下，首先将自动调整零位，设置检测区域后，五维调节平台112、电动旋转平台113、电动X轴位移平台114等装置相互配合，带动样品台11移动，从而薄膜厚度测量装置100可以扫描检测区域内的每一个点，并记录数据，显示膜厚分布并计算均匀性。

作为一种可选的实现方式，可以将旋转第一、第二、第三偏振器1312的偏光轴均调整到S光平面，由S光分量的总反射系数公式可得，在光学常数(一般同一样品的光学常数默认不变)、波长已知的情况下，总反射率仅和薄膜厚度相关，故可以根据反射率的变化快速得出薄膜的厚度分布。

为了进一步说明本申请实施例提供的薄膜厚度测量装置100，如图5所示，本申请还提供一种薄膜厚度测量方法，该方法基于如上所述的薄膜厚度测量装置100进行。

首先，定义入射光与接触面法线构成的平面为入射面，反射光与接触面法向量构成的平面为反射面。在偏极光的讨论中，电场的垂直分量S与水平分量P均是针对这两个平面。

薄膜厚度测量方法包括以下步骤：

S1、根据样品上薄膜的折射率范围，设置入射光的入射角度。

S2、样品台11上放置样品基片，并将第一至第三偏振器1312的偏光轴先后调节至P分量和S分量，调整样品台11和接收端13，获得合适信号，并记录作为基线。

S3、将样品放置在样品台11上，样品中心与样品台11中心对准。

S4、调节第一至第三偏振器1312，采集光强数据，根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得椭偏测量结果，椭偏测量结果包括样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。

步骤S4中包括以下步骤：

S41、控制第一偏振器1231的偏光轴与入射光的入射面成45°角，第三偏振器1312的偏光轴与入射面成0°角。

S42、调节第二偏振器1311，使得第二偏振器1311的初始偏光轴位置与入射面成0°角。

S43、采用磁光调制改变第二偏振器1311的方位角，方位角每改变θ，记录一次光强数据。

S44、根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。

S5、调节第一至第三偏振器1312，采集光强数据，根据光谱测量原理对光强数据进行处理，计算样品薄膜对不同波长光束的反射率，并根据反射率获得光谱测量结果，光谱测量结果包括样品的薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数。

步骤S5中包括以下步骤：

S51、将第一至第三偏振器1312的偏光轴先后调整到p分量和s分量。

S52、记录并处理四个波长对应的光强，根据光强，由多光束平板干涉理论计算得薄膜对四个波长光束的反射率。

S53根据四个波长光束的反射率计算得薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数。

S6、将椭偏测量结果与光谱测量结果对比，当椭偏测量值与光谱测量值均在一个厚度周期范围内时，测量结果输出椭偏测量值，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出光谱测量值作为测量结果。

以上所揭露的仅为本申请的较佳实施例而已，然其并非用以限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解：在不脱离本申请及所附的权利要求的精神和范围内，改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种薄膜厚度测量装置，包括样品台，所述样品台用于承载样品，所述薄膜厚度测量装置用于检测所述样品的薄膜厚度和光学常数，其特征在于，所述薄膜厚度测量装置包括：

发射端，所述发射端用于向所述样品台上的样品发射入射光，所述入射光由四个波长不同的激光汇合形成，并且，所述发射端可以将所述入射光调节为线偏振光；

接收端，所述接收端用于接收所述样品反射形成的出射光，所述接收端包括检偏组件和探测组件，通过调节所述检偏组件，实现对不同方位角下出射光强的探测，在每一方位角下，获得一组四个所述激光的波长对应的光强值；

处理组件，根据所述方位角和所述光强值，分别采用椭偏测量和光谱测量的计算方法，获得所述样品的薄膜厚度和光学参数，并将两者方法计算得的薄膜厚度进行对比，以确定样品的薄膜厚度取值。

2.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述发射端包括：

光源组件，包括四个激光发射器，各个所述激光发射器所发射的激光波长各不相同；

分束器组，包括级联的分束器，将各个所述激光发射器所发射的激光组合成公共光束；

起偏组件，包括第一偏振器，所述第一偏振器可旋转方位角，用于将所述公共光束转换为线偏振光，并将转换为所述线偏振光的所述公共光束作为入射光。

3.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述接收端包括：

检偏组件，包括第二偏振器和第三偏振器，所述入射光经过所述样品表面反射后形成出射光，所述出射光依次经过所述第二偏振器和所述第三偏振器，所述第二偏振器和所述第三偏振器的方位角可调；

二向色镜组，所述二向色镜组包括三个二向色镜，各个所述二向色镜同光轴排列，所述出射光经过所述二向色镜时部分反射、部分透射，以将不同波长的光分离；

探测组件，包括四个探测器，其中三个所述探测器分别接收各个所述二向色镜反射的光束，剩余一个所述探测器接收从最后一个所述二向色镜透射的光束，所述探测器用于探测所接收光束的光强。

4.根据权利要求3所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述第二偏振器采用磁光调制器件。

5.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述处理组件通过如下公式计算椭偏参数ψ和Δ：

2ψ＝arccos(-s₁/s₀)

Δ＝arccos(s₂/s₀·sin 2ψ)

式中，s₀、s₁、s₂表示斯托克斯参量，通过如下公式计算：

s_0-i＝4×(a_0-i-a_4-i)

式中，a_0-i、a_2-i、b_2-i、a_4-i、b_4-i为傅里叶系数，通过如下公式计算获得：

式中，i表示探测器序号，N表示检测的方位角总数，I_j表示探测器i在第j次检测中获得的光强值，W_j表示第二偏振器在第j次检测中的方位角；

所述处理组件根据所述椭偏参数ψ和Δ，通过数值反演计算获得样品薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。

6.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述处理组件还根据S偏振光和P偏振光的光强，计算P光分量和S光分量的总反射系数，所述P光分量和所述S光分量的总反射系数通过如下公式表示：

其中，r_1p，r_1s分别为空气/薄膜界面进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数，r_2p，r_2s分别为薄膜/基片界面上进行一次反射的P分量的反射系数和S分量的反射系数，2δ是相邻反射光光束之间的相位差，通过如下公式表示：

式中，而λ为光的波长，n为薄膜的复折射率，为薄膜中的折射角；

所述处理组件还根据计算得到的所述薄膜对四个波长的反射率，计算得出薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数。

7.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，

所述处理组件根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得椭偏测量结果，所述椭偏测量结果包括样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数；

所述处理组件还根据光谱测量原理对光强数据进行处理，计算样品薄膜对不同波长光束的反射率，并根据反射率获得光谱测量结果，所述光谱测量结果包括样品的薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数；

所述处理组件还将所述椭偏测量结果与所述光谱测量结果对比，当椭偏测量值与光谱测量值均在一个厚度周期范围内时，测量结果输出椭偏测量值，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出光谱测量值作为测量结果。

8.根据权利要求1所述的薄膜厚度测量装置，其特征在于，所述样品台包括：

载物平面用于承载样品；

五维调节平台用于保障待测样品所在平面与入射平面垂直，并调整让载物平面中心与入射光轴重合；

电动旋转平台带动载物平面旋转，从而使待测样品旋转，实现圆周测量。

9.一种薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1～8任一项所述的薄膜厚度测量装置进行，所述方法包括一下步骤：

S1、根据样品上薄膜的折射率范围，设置入射光的入射角度；

S2、样品台上放置样品基片，并将第一至第三偏振器的偏光轴先后调节至P分量和S分量，调整样品台和接收端，获得合适信号，并记录作为基线；

S3、将样品放置在样品台上，样品中心与样品台中心对准；

S4、调节第一至第三偏振器，采集光强数据，根据椭偏测量原理对所述光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据所述椭偏参数获得椭偏测量结果，所述椭偏测量结果包括样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数；

S5、调节第一至第三偏振器，采集光强数据，根据光谱测量原理对所述光强数据进行处理，计算样品薄膜对不同波长光束的反射率，并根据所述反射率获得光谱测量结果，所述光谱测量结果包括样品的薄膜厚度的光谱测量值和对应的光学常数；

S6、将所述椭偏测量结果与所述光谱测量结果对比，当所述椭偏测量值与所述光谱测量值均在一个厚度周期范围内时，输出所述椭偏测量值作为测量结果，若两者的测量结果之间大于一个厚度周期，则输出所述光谱测量值作为测量结果。

10.根据权利要求9所述的薄膜厚度测量方法，其特征在于，

所述步骤S4中包括以下步骤：

S41、控制第一偏振器的偏光轴与入射光的入射面成45°角，第三偏振器的偏光轴与入射面成0°角；

S42、调节第二偏振器，使得第二偏振器的初始偏光轴位置与入射面成0°角；

S43、采用磁光调制改变第二偏振器的方位角，方位角每改变θ，记录一次光强数据；

S44、根据椭偏测量原理对光强数据进行处理，获得椭偏参数，并根据椭偏参数获得样品的薄膜厚度的椭偏测量值和对应的光学常数。