專利名稱：一種非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法
技術(shù)領域：
本發(fā) 明涉及深紫外薄膜光學技術(shù)應用領域，特別涉及一種非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著ArF準分子激光在材料精細加工、深紫外光刻、材料處理和準分子醫(yī)療等諸多領域越來越廣泛應用和長足發(fā)展，使得深紫外光學相關技術(shù)的研究具有重大的社會和經(jīng)濟價值。在深紫外的領域中，無論是ArF準分子激光器還是其他相關光學系統(tǒng)，都離不開深紫外波段的鍍膜光學元件，因此迫切需要研制出在深紫外波段范圍內(nèi)性能優(yōu)異的光
學薄膜。為了制備出滿足要求的薄膜光學元件，必須準確確定出所用薄膜材料在相應波段內(nèi)的光學常數(shù)(折射率和消光系數(shù))。在設計和計算光學薄膜元件的特性時，常常把塊狀材料的各向常數(shù)作為薄膜的光學常數(shù)，而且將薄膜簡化成具有均勻折射率、消光系數(shù)和厚度的膜層。但是材料的光學常數(shù)在薄膜狀態(tài)下和塊狀狀態(tài)下差別很大，折射率出現(xiàn)的非均勻性、各向異性，以及消光系數(shù)出現(xiàn)的不均勻性和各向異性等。并且光學常數(shù)強烈依賴所采用的沉積方法，因此在各個具體的制備條件下，精確解析薄膜的光學常數(shù)是制備出高性能薄膜光學兀件的重要一環(huán)。解析薄膜材料光學常數(shù)的方法有很多，如分光光度法(光度法)、橢圓偏振法(橢偏法)、利用波導原理的棱鏡耦合法、表面等離子激元法和偏振態(tài)轉(zhuǎn)化法等。由于近幾年高精度測量儀器在深紫外波段的快速、成熟發(fā)展，使得光度法和橢偏法成為在深紫外波段確定光學常數(shù)的常用方法。光度法是通過測量薄膜樣品的透射率和反射率，基于色散關系對其透射率和反射率進行擬合的一種方法。而橢偏法是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射時出現(xiàn)的偏振轉(zhuǎn)換，根據(jù)測得的橢偏參數(shù)，建立相應的色散模型進行擬合。光度法對薄膜的厚度要求較厚，以便產(chǎn)生多個干涉極值，且在測量光譜反射率的精度對解析的結(jié)果影響較大；橢偏法具有很高的測量靈敏度和精度，能對數(shù)納米厚的超薄薄膜測量。但是橢偏法的數(shù)學計算復雜，在數(shù)據(jù)擬合時比較依賴模型的建立，并且兩種方法都存在關聯(lián)性。為此，迫切需要在上述解析方法之外，尋找其它能有效解決上述問題的方法，實現(xiàn)深紫外波段薄膜光學常數(shù)的精確解析。

發(fā)明內(nèi)容
針對精確解析薄膜在深紫外波段的光學常數(shù)，通過對光度法和橢偏法進行分析，本發(fā)明公開了一種基于光度法和橢偏法相結(jié)合的、非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下一種非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法，包括以下步驟
步驟a，對薄膜進行透過率和反射率光譜測量，得到光譜測量數(shù)據(jù)；步驟b，對薄膜進行變角度的橢圓偏振測量，得到橢偏參數(shù)； 步驟C，根據(jù)步驟a和b的測量結(jié)果，將光譜測量數(shù)據(jù)和橢偏參數(shù)擬合，配合相應的色散關系，使用非均勻模型求解薄膜的光學常數(shù)。上述技術(shù)方案中，步驟c中，所述非均勻模型為Schroeder模型。上述技術(shù)方案中，步驟b中，橢圓偏振測量波段選擇185nm-450nm。上述技術(shù)方案中，步驟b中，橢圓偏振測量角度分別選擇65°、70°和75°。上述技術(shù)方案中，步驟c之后還包括步驟根據(jù)理論計算和實際情況，評價函數(shù)O的值小于0.01認定為理想結(jié)果，否則重新計算；0定義為
權(quán)利要求
1.一種非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟a，對薄膜進行透過率和反射率光譜測量，得到光譜測量數(shù)據(jù)； 步驟b，對薄膜進行變角度的橢圓偏振測量，得到橢偏參數(shù)； 步驟C，根據(jù)步驟a和b的測量結(jié)果，將光譜測量數(shù)據(jù)和橢偏參數(shù)擬合，配合相應的色散關系，使用非均勻模型求解薄膜的光學常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，步驟c中，所述非均勻模型為Schroeder 模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測量方法，其特征在于，步驟b中，橢圓偏振測量波段選擇 185nm_450nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測量方法，其特征在于，步驟b中，橢圓偏振測量角度分別選擇65°、70。和75。。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測量方法，其特征在于，步驟c之后還包括步驟根據(jù)理論計算和實際情況，評價函數(shù)σ的值小于O. 01認定為理想結(jié)果，否則重新計算；σ定義為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法，包括以下步驟對薄膜進行透過率和反射率光譜測量，得到光譜測量數(shù)據(jù)；對薄膜進行變角度的橢圓偏振測量，得到橢偏參數(shù)；將光譜數(shù)據(jù)和橢偏參數(shù)擬合，配合相應的色散關系，使用非均勻模型求解薄膜的光學常數(shù)。本發(fā)明的非均勻折射率薄膜光學常數(shù)的測量方法，通過在分別使用光度法和橢偏法求解的基礎上，靈活采用了兩種方法各自的優(yōu)點，充分發(fā)揮橢偏法測量膜層光學參數(shù)的高靈敏度和光度法測量數(shù)據(jù)的直觀性，兩者相互結(jié)合進而獲得高精度的光學常數(shù)解析數(shù)據(jù)，從而改善了光度法對薄膜厚度的依賴性和降低了橢偏法對模型計算的困難程度。
文檔編號G01M11/02GK102980748SQ20121052071
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者金春水, 常艷賀, 李春, 鄧文淵, 靳京城 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所