[發(fā)明專利]一種非晶態(tài)光學薄膜微區(qū)應力的測量方法

有效

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• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104568248A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)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(yè)集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉東升

技術領域

本發(fā)明屬于非晶態(tài)光學薄膜技術領域，具體涉及一種非晶態(tài)光學薄膜微區(qū)應力的測量方法，尤其涉及非晶態(tài)二氧化硅薄膜應力的測量。

背景技術

光學元件表面薄膜的制備一般是在強烈的非平衡物理和化學過程中完成，諸如熱蒸發(fā)、離子束濺射、磁控濺射、化學氣相沉積等技術，薄膜的殘余應力是必然存在。薄膜的殘余應力對薄膜的影響主要有兩個方面：首先，當薄膜應力較大時，薄膜會從基板上起皺和脫落；其次，在高應力狀態(tài)下，基板彎曲和薄膜的雙折射率效應影響到薄膜性能指標的提高。多年來，薄膜應力的調控一直都是光學薄膜領域內應用的重要技術方向。

薄膜應力調控的前提必須是實現薄膜應力大小的測試。目前，薄膜宏觀應力的測量方法很多，均是基于無損傷的光學測量，從薄膜應力測量的基本原理來看，分為兩大類：一類是基于測量基板的曲率半徑在薄膜沉積前后的變化推演出薄膜應力，如懸臂梁法、牛頓環(huán)法、光柵反射法、激光干涉法、激光光杠桿法；另一類則是利用X射線衍射技術和Raman光譜技術測量薄膜的彈性應變，通過彈性應變推算出薄膜的應力；這兩大類的方法基本的思路都是通過測量彈性應變的光效應，反向推算出薄膜的應力，能夠表征出薄膜的宏觀應力水平，但對于微區(qū)域的應力評價仍是技術難題之一。隨著現代薄膜沉積技術的發(fā)展，薄膜微結構表現出越來越多的非晶態(tài)的無定形態(tài)結構，如何快速、簡便地評價非晶態(tài)薄膜的微區(qū)應力，用于指導非晶態(tài)薄膜的應力調控，對于現代薄膜沉積技術下應力調控技術具有重要意義。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：如何提供一種非晶態(tài)光學薄膜微區(qū)應力的測量方法。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種非晶態(tài)光學薄膜微區(qū)應力的測量方法，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(qū)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(yōu)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：