一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法

[]本发明涉及一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法。

背景技术：

0、[背景技术]

1、薄膜技术在日常生活中应用必不可少，是薄膜制备、测试等相关的各种技术的总称。目前在工业上有多种薄膜制备方法，测量光学参数的方式也多种多样。目前传统薄膜镀制以及研发中，通常使用物理气相沉积法，存在难以实现薄膜镀制与设计值完全一致的问题，而测量光学参数时均以待测样品的测量中心点位为准，导致薄膜镀制及研发与设计不符，存在测量不够精准的问题，难以对镀制薄膜进行优化。

技术实现思路

0、[
技术实现要素：
]

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：包括有

4、s1、清洁待测薄膜样品；

5、s2、将待测薄膜样品进行区域网格划分，根据样品尺寸进行网格划分，设存在d维数据集x＝{x1,x2,x3,.....,xn}，设第i维上的值在[li,hi]中，i＝1，2，....，d,d维数据空间为：s＝[[l1,h1]×[l2,h2]×.....×[ld,hd])]，将数据空间的各个维度划分为均等且不相交的网格单元，网格变成的计算公式为：

6、

7、其中，α为控制参量，网格划分边长t的取值会对测量取点产生影响，太大会造成测量精度有影响，太小影响测量速度，因此，当α∈(0，2)时，算法效果较好；并选取中部区域网格、中部区域网格邻近的上侧区域网格、中部区域网格邻近的下侧网格、中部区域网格邻近的左侧网格、中部区域网格邻近的右侧网格为测量区域，通过se-vm-l型宽光谱全穆勒矩阵椭偏仪分别对各测量区域进行十字点位测量，并计算得到各测量区域的偏振角参数和ρ光与s光的反射相位差参数；通过光谱仪分别对各测量区域进行十字点位测量，得到各测量区域有的各透过率、反射率；

8、s3、对各测量区域的偏振角参数和ρ光与s光的反射相位差参数进行建模及拟合，得到各测量区域的膜层厚度、消光系数；

9、s4、对各测量区域的膜层厚度、消光系数进行对比，计算得到膜层厚度平均数、消光系数；

10、s5、根据计算得到的膜层厚度平均数、消光系数进行膜系设计，控制设计与实际镀制差距进行反向优化。

11、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中通过灰尘扫除和酒精擦拭对待测薄膜样品进行清洁。

12、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中还包括

13、s11、对待测薄膜样品进行膜层结构分析，膜层结构包括单层膜、双层膜、三层膜。

14、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中还包括

15、s12、对待测薄膜样品进行样品类型分析，样品类型包括金属样品、半导体样品、介质样品。

16、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s2中se-vm-l型宽光谱全穆勒矩阵椭偏仪测量光与各测量区域样品发生相互作用后的偏振态改变获得偏振角参数ψ和ρ光与s光的反射相位差参数δ，得到

17、

18、其中，rp是光的垂轴方向偏振，rs是光的纵轴方向偏振。

19、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s3中建模模型包括振子模型、b-spline模型。

20、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：振子模型包括有cauchy模型、tauc lorentz模型、lorentz模型、gaussian模型。

21、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：cauchy模型为

22、

23、其中，n为折射率，a为控制曲线的偏移的参数，b和c为控制曲率的参数。

24、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：gaussian模型中已知薄膜材料的介电常数ε为

25、ε＝ε1-iε2

26、其中，ε1和ε2为介电常数的实部和虚部，材料的复折射率n1为

27、n1＝n-ik

28、其中，n为折射率，k为消光系数，材料的折射率和消光系数分别为

29、ε＝n2＝ε1-iε2＝(n2-k2)-2ink

30、

31、

32、由上式可知，材料的介电常数和折射率之间可以互相转化，由材料的介电常数可以求出材料的折射率和消光系数。

33、如上所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s3中建模后判断拟合效果的均方差为

34、

35、其中，k为拟合曲线个数；n2为拟合波段点个数；m为拟合参量个数；γ为光谱曲线；为仿真光谱与实测光谱之间的差异。

36、本发明的有益效果是：

37、本发明对优化及测量方法进行改进，提出十字测量法，通过对待测薄膜样品进行区域网格划分，根据样品尺寸进行网格划分，设存在d维数据集x＝{x1,x2,x3,.....,xn}，设第i维上的值在[li,hi]中，i＝1，2，....，d,d维数据空间为：s＝[[l1,h1]×[l2,h2]×.....×[ld,hd])]，将数据空间的各个维度划分为均等且不相交的网格单元，计算出网格边长t，并选取中部区域网格、中部区域网格邻近的上侧区域网格、中部区域网格邻近的下侧网格、中部区域网格邻近的左侧网格、中部区域网格邻近的右侧网格为测量区域，通过se-vm-l型宽光谱全穆勒矩阵椭偏仪和光谱仪分别对各测量区域进行十字测量得到膜层厚度及光学参数，将测得数据进行建模拟合，最后得出数据取其优化平均值，使得测量薄膜参数更加精准，同时通过测试的薄膜参数在镀制时反向优化薄膜参数，实现设计与实际一致。

技术特征：

1.一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：包括有

2.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中通过灰尘扫除和酒精擦拭对待测薄膜样品进行清洁。

3.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中还包括

4.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s1中还包括

5.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s2中se-vm-l型宽光谱全穆勒矩阵椭偏仪测量光与各测量区域样品发生相互作用后的偏振态改变获得偏振角参数ψ和ρ光与s光的反射相位差参数δ，得到

6.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s3中建模模型包括振子模型、b-spline模型。

7.根据权利要求6所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：振子模型包括有cauchy模型、tauc lorentz模型、lorentz模型、gaussian模型。

8.根据权利要求7所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：cauchy模型为

9.根据权利要求7所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：gaussian模型中已知薄膜材料的介电常数ε为

10.根据权利要求1所述的一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，其特征在于：s3中建模后判断拟合效果的均方差为

技术总结
本发明公开了一种基于椭偏法的薄膜参数反向优化方法，包括有S1清洁待测薄膜样品；S2将待测薄膜样品进行区域划分，选取中部区域网格以及其四侧邻近的区域网格为测量区域，对各测量区域进行十字点位测量，得到各测量区域的偏振角参数和ρ光与s光的反射相位差参数以及得到各测量区域有的各透过率、反射率；S3对各测量区域的偏振角参数和ρ光与s光的反射相位差参数进行建模及拟合，得到各测量区域的膜层厚度、消光系数；S4对各测量区域的膜层厚度、消光系数进行对比，计算得到膜层厚度平均数、消光系数；S、根据计算得到的膜层厚度平均数、消光系数进行膜系设计，控制设计与实际镀制差距进行反向优化，实现设计膜厚与实际膜厚一致。

技术研发人员：魏以婧,项剑,郑新,王丽荣,石澎,吴文森,梁怡婷,潘旭辉
受保护的技术使用者：中山火炬职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15