[發明專利]一種用橢圓偏振光譜儀無損檢測金屬襯底氧化變性的方法

有效

• 申請號: 202110552737.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113466141B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 瞿敏妮;程秀蘭;烏李瑛;權雪玲
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明涉及一種用橢圓偏振光譜儀無損檢測金屬襯底氧化變性的方法，所述方法使用“金屬襯底?目標氧化物”光譜作為目標光譜，使用“金屬襯底?金屬氧化界面?目標氧化物”光譜作為參考光譜，通過擬合及對比能夠快速判斷出金屬氧化界面的存在，并進一步分析其成分及厚度等信息，與此同時獲得目標氧化物的厚度及光學常數。本方法測量精度高、對樣品無損傷、對薄膜材料具有普適性。

技術領域

本發明涉及薄膜檢測技術領域，更具體的是涉及一種用橢圓偏振光譜儀無損檢測金屬襯底氧化變性的方法。

背景技術

在金屬襯底上沉積介質薄膜是一種重要的光學器件結構單元。該結構單元通過“金屬-介質”單層或多層薄膜設計可實現選擇性光譜吸收，同時當器件工作于大氣氛圍及室溫以上溫度時，介質層可保護金屬表面不受水氣、氧氣的侵蝕氧化。然而，在介質薄膜沉積過程中，特別是氧化物介質薄膜(如氧化硅、氧化鋁等)生長工藝中，通常需要水、氧、臭氧等氧化氣氛，同時不同工藝方法還涉及300℃左右的高溫或等離子體等易加劇氧化過程的環境。因此，最終，除了生成目標生長的氧化層外，還可能存在金屬襯底氧化界面層。而金屬襯底氧化形成的界面層很薄，在10nm厚度量級，且金屬襯底氧化形成的界面層與目標生長的氧化層之間，在形貌上難以區分，需要很高的測試靈敏度。

現有技術可采用二次離子質譜方法測量，但該方法存在測量速度慢、對材料有損傷等缺點。

橢圓偏振光譜技術測量入射偏振光的偏振態經過樣品表面及各膜層界面反射后偏振態的改變。偏振態的改變與材料的厚度、光學常數(折射率n和消光系數k)、結構直接相關。橢圓偏振光譜測得的數據是各膜層上、下表面的反射光交互作用的綜合結果，從而推導出各膜層的厚度及光學常數。由于偏振態變化量同時包含了強度與相位信息，因此橢圓偏振光譜技術的測量敏感度極高，可以達到亞納米量級。基于以上特點，橢圓偏振光譜技術可用于研究不同材料交界面的分析。在氧化物薄膜的測試表征應用中，通常是采用橢圓偏振光譜技術測量目標氧化層，而采用橢圓偏振光譜技術如何構建合適的模型來測量金屬襯底氧化形成的界面層還鮮有報導。

專利號CN 112361972 A，公開了一種多層膜厚度及光學特性檢測方法，采用橢圓偏振技術測量薄膜厚度及光學常數，但其是利用不同波段的擬合來區分金剛石薄膜和類金剛石薄膜，并不能檢測金屬襯底氧化形成的界面層。

本發明提供了一種利用橢圓偏振光譜技術檢測金屬襯底在氧化物介質沉積過程中是否發生氧化變性的方法。該方法通過構建“金屬襯底-目標氧化物”光譜作為目標光譜，和“金屬襯底-金屬氧化界面-目標氧化物”光譜作為參考光譜，利用不同的模型，通過擬合及對比能夠快速判斷出金屬氧化界面的存在，并進一步分析其成分及厚度等信息，與此同時獲得目標氧化物的厚度及光學常數。本方法測量精度高、對樣品無損傷、對薄膜材料具有普適性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種用橢圓偏振光譜儀無損檢測金屬襯底氧化變性的方法，本發明的目的是通過以下技術來實現的：

本發明涉及一種用橢圓偏振光譜儀無損檢測金屬襯底氧化變性的方法，包括如下步驟：

S1：將目標氧化物介質薄膜沉積到金屬襯底上；

S2：測量薄膜從紫外到近紅外光譜區間內的橢圓偏振光譜，形成實測光譜；

S3：建立“金屬襯底-目標氧化物”結構模型；

S4：調節S3中結構模型中的模型參數，即可得到結構模型的光譜和實測光譜之間的吻合度，即R²；