[发明专利]一种非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外薄膜光学技术应用领域，特别涉及一种非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法。

背景技术

近年来，随着ArF准分子激光在材料精细加工、深紫外光刻、材料处理和准分子医疗等诸多领域越来越广泛应用和长足发展，使得深紫外光学相关技术的研究具有重大的社会和经济价值。在深紫外的领域中，无论是ArF准分子激光器还是其他相关光学系统，都离不开深紫外波段的镀膜光学元件，因此迫切需要研制出在深紫外波段范围内性能优异的光学薄膜。

为了制备出满足要求的薄膜光学元件，必须准确确定出所用薄膜材料在相应波段内的光学常数（折射率和消光系数）。在设计和计算光学薄膜元件的特性时，常常把块状材料的各向常数作为薄膜的光学常数，而且将薄膜简化成具有均匀折射率、消光系数和厚度的膜层。但是材料的光学常数在薄膜状态下和块状状态下差别很大，折射率出现的非均匀性、各向异性，以及消光系数出现的不均匀性和各向异性等。并且光学常数强烈依赖所采用的沉积方法，因此在各个具体的制备条件下，精确解析薄膜的光学常数是制备出高性能薄膜光学元件的重要一环。

解析薄膜材料光学常数的方法有很多，如分光光度法（光度法）、椭圆偏振法（椭偏法）、利用波导原理的棱镜耦合法、表面等离子激元法和偏振态转化法等。由于近几年高精度测量仪器在深紫外波段的快速、成熟发展，使得光度法和椭偏法成为在深紫外波段确定光学常数的常用方法。

光度法是通过测量薄膜样品的透射率和反射率，基于色散关系对其透射率和反射率进行拟合的一种方法。而椭偏法是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振转换，根据测得的椭偏参数，建立相应的色散模型进行拟合。光度法对薄膜的厚度要求较厚，以便产生多个干涉极值，且在测量光谱反射率的精度对解析的结果影响较大；椭偏法具有很高的测量灵敏度和精度，能对数纳米厚的超薄薄膜测量。但是椭偏法的数学计算复杂，在数据拟合时比较依赖模型的建立，并且两种方法都存在关联性。为此，迫切需要在上述解析方法之外，寻找其它能有效解决上述问题的方法，实现深紫外波段薄膜光学常数的精确解析。

发明内容

针对精确解析薄膜在深紫外波段的光学常数，通过对光度法和椭偏法进行分析，本发明公开了一种基于光度法和椭偏法相结合的、非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种非均匀折射率薄膜光学常数的测量方法，包括以下步骤：

步骤a，对薄膜进行透过率和反射率光谱测量，得到光谱测量数据；

步骤b，对薄膜进行变角度的椭圆偏振测量，得到椭偏参数；

步骤c，根据步骤a和b的测量结果，将光谱测量数据和椭偏参数拟合，配合相应的色散关系，使用非均匀模型求解薄膜的光学常数。

上述技术方案中，步骤c中，所述非均匀模型为Schroeder模型。

上述技术方案中，步骤b中，椭圆偏振测量波段选择185nm-450nm。

上述技术方案中，步骤b中，椭圆偏振测量角度分别选择65°、70°和75°。

上述技术方案中，步骤c之后还包括步骤：根据理论计算和实际情况，评价函数σ的值小于0.01认定为理想结果，否则重新计算；σ定义为