專利名稱：一種快速反演薄膜生長(zhǎng)厚度的光學(xué)監(jiān)控追跡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜生長(zhǎng)光學(xué)監(jiān)控技術(shù)，具體涉及一種快速反演薄膜生長(zhǎng)厚度的光學(xué)監(jiān)控追跡方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)薄膜生長(zhǎng)的光學(xué)特性的好壞取決于對(duì)生長(zhǎng)的膜層折射率及厚度參數(shù)的精確掌握和控制。傳統(tǒng)上的監(jiān)控方法有時(shí)間監(jiān)控、石英晶振監(jiān)控和光強(qiáng)值的光學(xué)監(jiān)控，前兩者對(duì)于膜層的折射率無(wú)法進(jìn)行獲取，對(duì)于膜層的光學(xué)厚度的控制存在較大誤差。光學(xué)監(jiān)控方法可以同時(shí)獲取膜層的折射率及厚度生長(zhǎng)信息，被認(rèn)為是光學(xué)薄膜生長(zhǎng)監(jiān)控中最有效的方法之一。一般來(lái)講，光學(xué)監(jiān)控直接獲得的信號(hào)是生長(zhǎng)薄膜的透射光或反射光的光強(qiáng)信號(hào)。為了得到薄膜的生長(zhǎng)厚度及折射率，我們需要對(duì)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行持續(xù)的追跡，然后通過(guò)計(jì)算反 演才能獲得薄膜生長(zhǎng)信息。最早的光學(xué)監(jiān)控追跡以膜層生長(zhǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以監(jiān)控光信號(hào)為縱坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，如

圖1所示。這種方法一般用于規(guī)整厚度的薄膜監(jiān)控時(shí)，但是由于極值點(diǎn)信號(hào)相對(duì)膜層生長(zhǎng)厚度不敏感，存在厚度判斷誤差較大的問(wèn)題。用于非規(guī)整厚度的薄膜生長(zhǎng)監(jiān)控時(shí)，由于膜層實(shí)際折射率與理論設(shè)計(jì)偏差的影響，監(jiān)控容易失效。目前先進(jìn)的光學(xué)監(jiān)控采用導(dǎo)納追跡方式，通過(guò)對(duì)薄膜與基底組合導(dǎo)納的實(shí)時(shí)計(jì)算，畫(huà)出薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中的組合導(dǎo)納追跡圖，然后通過(guò)比較和分析實(shí)際與預(yù)期的導(dǎo)納圖，進(jìn)行膜層折射率修正以及厚度的自動(dòng)補(bǔ)償，如圖2。圖中，虛線代表預(yù)期的組合導(dǎo)納圖，實(shí)線代表實(shí)際的組合導(dǎo)納圖。作為直接顯示在鍍膜工作者面前的追跡圖像，導(dǎo)納圖很難直觀地將薄膜的光學(xué)特性及膜層厚度信息直接對(duì)應(yīng)起來(lái)，特別是當(dāng)組合導(dǎo)納不在實(shí)軸時(shí)，即非規(guī)整膜厚的監(jiān)控時(shí)。而當(dāng)組合導(dǎo)納位于實(shí)軸上，代表膜層厚度對(duì)應(yīng)規(guī)整厚度，光信號(hào)對(duì)應(yīng)極值，而這個(gè)位置正好是光學(xué)監(jiān)控不靈敏區(qū)。因此，在對(duì)非規(guī)整厚度光學(xué)薄膜高精度監(jiān)控的要求下，一般的光學(xué)監(jiān)控追跡方式很難兼具直觀的膜系光學(xué)特性表征以及快速的膜層生長(zhǎng)厚度反演功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是能獲得直觀的膜系光學(xué)特性表征，能根據(jù)光學(xué)監(jiān)控信號(hào)快速反演得到膜層生長(zhǎng)厚度，并能在實(shí)際鍍膜與預(yù)期不同的時(shí)候進(jìn)行膜層折射率修正及膜層間厚度自動(dòng)補(bǔ)償。為了達(dá)到以上目的和作用，本發(fā)明提出一種光學(xué)監(jiān)控追跡方式作為薄膜生長(zhǎng)光學(xué)監(jiān)控的依據(jù)，其特征在于以直角坐標(biāo)系下的點(diǎn)坐標(biāo)￠1/^0.5(1/八-1//;為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行追跡，追跡圖像為以(0.5(1/Te+1/Ts)，0)為圓心的一段圓弧，圓弧的弧度為膜層的位相厚度的兩倍。其中，T表示從真空或空氣介質(zhì)垂直入射到生長(zhǎng)薄膜的基底介質(zhì)的膜系透射率，Te和Ts分別表示當(dāng)前膜層生長(zhǎng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的T的兩個(gè)極值點(diǎn)，識(shí)表示當(dāng)前膜層對(duì)應(yīng)的等效位相厚度嗍為n /2的偶數(shù)倍和奇數(shù)倍時(shí)，T分別對(duì)應(yīng)Ts和Te)。追跡的理論依據(jù)來(lái)源于經(jīng)由薄膜特征矩陣推導(dǎo)得到的公式(I)，其追跡的圖解如圖3所示
權(quán)利要求
1.一種快速反演薄膜生長(zhǎng)厚度的光學(xué)監(jiān)控追跡方法，其特征在于包括以下步驟 1).根據(jù)膜系設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行薄膜特征矩陣的理論計(jì)算，以膜系垂直透射率T的倒數(shù)及膜層等效位相厚度P同時(shí)作為追跡對(duì)象，在直角坐標(biāo)系中以坐標(biāo)點(diǎn)(I/ /',0.5(1/7；. - I / Oin(2W)的軌跡變化，作出薄膜生長(zhǎng)監(jiān)控的預(yù)期追跡圖像，其中Te和Ts表示T的兩個(gè)極值點(diǎn)，對(duì)應(yīng)膜層等效位相厚度為π /2的奇數(shù)倍和偶數(shù)倍； 2).實(shí)施薄膜生長(zhǎng)，即時(shí)采集監(jiān)控單色光的透射光或反射光光強(qiáng)信號(hào)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的膜系透射率倒數(shù)值，在預(yù)期追跡圖像上繪制追跡點(diǎn)的軌跡圖像，如預(yù)期追跡圖像已被修正則在最新修正的預(yù)期追跡圖像上繪制追跡點(diǎn)的軌跡圖像； 3).根據(jù)監(jiān)控過(guò)程中出現(xiàn)的透射光或反射光光強(qiáng)信號(hào)極值，修正預(yù)期追跡圖像，修正膜層折射率及膜層位相厚度，并對(duì)前面膜層的累積厚度誤差進(jìn)行補(bǔ)償； 4).重復(fù)步驟2)和步驟3)直到追跡點(diǎn)與預(yù)期結(jié)束點(diǎn)重合，完成當(dāng)前膜層生長(zhǎng)； 5).進(jìn)入下一膜層生長(zhǎng)，重復(fù)步驟I)至步驟4)，直到完成所有膜層生長(zhǎng)監(jiān)控。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種快速反演薄膜生長(zhǎng)厚度的光學(xué)監(jiān)控追跡方法，屬于薄膜生長(zhǎng)光學(xué)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。該方法建立了一種有別于導(dǎo)納追跡方式的光學(xué)監(jiān)控追跡方式，以膜系透射率的倒數(shù)及膜層等效位相厚度同時(shí)作為追跡對(duì)象，可以在監(jiān)控過(guò)程中實(shí)時(shí)看到薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中光學(xué)特性的變化，并建立直觀的監(jiān)控透射率信號(hào)與膜層厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成薄膜生長(zhǎng)厚度的監(jiān)控。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算并作好預(yù)期追跡圖像，通過(guò)實(shí)際光學(xué)監(jiān)控信號(hào)的極值點(diǎn)來(lái)修正預(yù)期追跡圖像，完成實(shí)際追跡圖像，獲得實(shí)際膜層折射率,從而修正膜系設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行不同膜層間厚度的自動(dòng)補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102980522SQ20121050187
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者蔡清元, 鄭玉祥, 劉定權(quán), 羅海瀚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所