[發明專利]一種非晶態光學薄膜微區應力的測量方法

有效

• 申請號: 201410717404.2
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104568248A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 季一勤;劉華松;劉丹丹;姜承慧;王利栓;楊霄;孫鵬;冷健
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉東升

1.一種非晶態光學薄膜微區應力的測量方法，其特征在于，其包括如下步驟：

步驟S1：建立薄膜材料應力雙折射x-y-z坐標系物理模型，其中，x-y平面為薄膜表面，z軸垂直于薄膜表面，沿x軸的n_x、沿y軸的n_y、沿z軸的n_z分別表示三個方向的折射率，沿x軸的σ_x、沿y軸的σ_y、沿z軸的σ_z分別表示三個方向的主軸應力；

步驟S2：首先利用橢圓偏振儀測量薄膜的反射橢圓偏振參數Ψ(λ)和Δ(λ)，設定測量波長范圍為λmin-λmax，測量步長為Δλ，λmin和λmax的取值在薄膜材料的透明區域內，入射角度為θ；

步驟S3：對薄膜材料建立單軸折射率方程，建立光在平面單軸晶體內部傳輸的物理模型和數學計算模型，令n_x＝n_y＝n；

步驟S4：薄膜-基底的反射橢圓偏振參數由薄膜和基底的折射率、薄膜的厚度d_f、入射角度θ共同確定，使用非線性優化算法，對測量的反射橢偏參數進行反演計算，當測量數據與理論計算的數據基本一致時，可認為反演計算成功；因此提前設定薄膜反演計算的評價函數如下：

MSE={12N-MΣi=1N[(Ψimod-ΨiexpδΨ,iexp)2+(Δimod-ΔiexpδΔ,iexp)2]}12---(1)]]>

其中，MSE是測量值與理論模型計算值的均方差，N為測量波長的數目，M為變量個數，ψ_i^exp和Δ_i^exp分別為i個波長的測量值，ψ_i^mod和Δ_i^mod分別為i個波長的計算值，δ_ψ,i^exp和δ_Δ,i^mod分別為i個波長的測量誤差；從公式(1)中可以看出，MSE被測量誤差加權，所以噪音大的數據被忽略掉，MSE越小表示擬合得越好；

通過上述反演計算可以得到薄膜材料的x-y方向折射率n與z方向折射率n_z的折射率差Δn，同時得到薄膜的物理厚度d_f；

步驟S5：得到薄膜z方向與x-y平面的率差Δn后，利用公式(2)就可以得到薄膜材料的微區應力σ；

σ=n-nzB=ΔnB---(2)]]>

其中，σ為薄膜材料微區應力，B為薄膜的應力光學系數。