[发明专利]一种非晶态光学薄膜微区应力的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶态光学薄膜技术领域，具体涉及一种非晶态光学薄膜微区应力的测量方法，尤其涉及非晶态二氧化硅薄膜应力的测量。

背景技术

光学元件表面薄膜的制备一般是在强烈的非平衡物理和化学过程中完成，诸如热蒸发、离子束溅射、磁控溅射、化学气相沉积等技术，薄膜的残余应力是必然存在。薄膜的残余应力对薄膜的影响主要有两个方面：首先，当薄膜应力较大时，薄膜会从基板上起皱和脱落；其次，在高应力状态下，基板弯曲和薄膜的双折射率效应影响到薄膜性能指标的提高。多年来，薄膜应力的调控一直都是光学薄膜领域内应用的重要技术方向。

薄膜应力调控的前提必须是实现薄膜应力大小的测试。目前，薄膜宏观应力的测量方法很多，均是基于无损伤的光学测量，从薄膜应力测量的基本原理来看，分为两大类：一类是基于测量基板的曲率半径在薄膜沉积前后的变化推演出薄膜应力，如悬臂梁法、牛顿环法、光栅反射法、激光干涉法、激光光杠杆法；另一类则是利用X射线衍射技术和Raman光谱技术测量薄膜的弹性应变，通过弹性应变推算出薄膜的应力；这两大类的方法基本的思路都是通过测量弹性应变的光效应，反向推算出薄膜的应力，能够表征出薄膜的宏观应力水平，但对于微区域的应力评价仍是技术难题之一。随着现代薄膜沉积技术的发展，薄膜微结构表现出越来越多的非晶态的无定形态结构，如何快速、简便地评价非晶态薄膜的微区应力，用于指导非晶态薄膜的应力调控，对于现代薄膜沉积技术下应力调控技术具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种非晶态光学薄膜微区应力的测量方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种非晶态光学薄膜微区应力的测量方法，其包括如下步骤：

步骤S1：建立薄膜材料应力双折射x-y-z坐标系物理模型，其中，x-y平面为薄膜表面，z轴垂直于薄膜表面，沿x轴的n_x、沿y轴的n_y、沿z轴的n_z分别表示三个方向的折射率，沿x轴的σ_x、沿y轴的σ_y、沿z轴的σ_z分别表示三个方向的主轴应力；

步骤S2：首先利用椭圆偏振仪测量薄膜的反射椭圆偏振参数Ψ(λ)和Δ(λ)，设定测量波长范围为λmin-λmax，测量步长为Δλ，λmin和λmax的取值在薄膜材料的透明区域内，入射角度为θ；

步骤S3：对薄膜材料建立单轴折射率方程，建立光在平面单轴晶体内部传输的物理模型和数学计算模型，令n_x＝n_y＝n；

步骤S4：薄膜-基底的反射椭圆偏振参数由薄膜和基底的折射率、薄膜的厚度d_f、入射角度θ共同确定，使用非线性优化算法，对测量的反射椭偏参数进行反演计算，当测量数据与理论计算的数据基本一致时，可认为反演计算成功；因此提前设定薄膜反演计算的评价函数如下：