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原文传递高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置及方法

专利名称：	高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置及方法
摘要：	本发明属于光学测量相关技术领域，并具体公开了一种高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置及方法。所述装置包括光学常数测量模块和高温加热模块，高温加热模块包括高温加热腔、石英玻璃窗、高温加热台、高温台控制器以及气体流道单元，光学常数测量模块包括入射光路单元和反射光路单元。所述方法包括根据校准的椭偏参数获取样品的真实椭偏参数，并根据样品的光学常数参数化模型和正向光学模型获取样品光学常数以及形貌参数。本发明可在较宽的热温度范围内校准不同加热温度下石英玻璃窗所引入的椭偏参数偏差，并构建还原性的测量气体氛围，使得本发明装置能够更准确的测量得到待测样品的光学常数以及形貌参数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	江浩;刘佳敏;刘世元;洪琳;谷洪刚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910655398.5
公开号：	CN110376136A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	曹葆青;李智
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种高温加载下测量薄膜光学常数及形貌参数的装置，其特征在于，包括光学常数测量模块和高温加热模块，其中，所述高温加热模块包括高温加热腔(150)、石英玻璃窗(120)、高温加热台(130)、高温台控制器(180)以及气体流道单元，所述高温加热腔(150)为中空结构，其上表面嵌设有可开关的所述石英玻璃窗(120)，所述高温加热台(130)设于所述高温加热腔(150)的中空结构中，且位于所述石英玻璃窗(120)的正下方，用于放置待测样品(140)，所述高温台控制器(180)与所述高温加热台(130)连接，所述气体流道单元与所述高温加热腔(150)的中空结构相连通；所述光学常数测量模块包括入射光路单元和反射光路单元，入射光路单元和反射光路单元关于石英玻璃窗(120)对称布置，以此方式，入射光路单元发出的入射光束透过所述石英玻璃窗(120)后能斜照在待测样品(140)的表面，然后经待测样品(140)的反射进入所述反射光路单元，从而获取温度Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)的椭偏参数，并以此得到待测样品(140)的光学常数及形貌参数。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入射光路单元包括依次间隔布置的第一宽光谱光源(10)、第一准直透镜组(20)、第一偏振片(30)、第一1/4波片(40)以及与所述第一1/4波片(40)连接设置的第一中空电机(50)；所述反射光路单元包括依次间隔布置的孔径光阑(60)、第二1/4波片(80)、第二偏振片(90)、第二消色差会聚透(100)、光谱仪(110)以及与所述孔径光阑(60)和第二1/4波片(80)连接设置的第二中空电机(70)，所述入射光路单元产生的探测光束的直径小于所述高温加热台(130)的直径，同时，该入射光路单元产生的探测光束的直径小于所述孔径光阑(60)的直径。 3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一准直透镜组(20)包括依次间隔布置的第一消色差会聚透镜(21)、第一光阑(22)以及第一消色差准直透镜(23)，其中，所述第一光阑(22)设置在所述第一消色差会聚透镜(21)和第一消色差准直透镜(23)的共轭焦点上，所述第一宽光谱光源(10)输出的光谱波长范围为200nm～1000nm。 4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体流道单元包括设于所述高温加热腔(150)左侧的进气接口(160)以及设于所述高温加热腔(150)右侧的出气接口(161)。 5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括水循环单元，该水循环单元设于所述高温加热腔(150)的外周及底部，其进水口与进水接口(170)连接，出水口与出水接口(171)连接。 6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述高温台控制器(180)工作时的加热范围为300K～1200K；所述高温台控制器(180)的机箱中还设有温度控制器。 7.一种如权利要求1-6任一项所述的装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤： S1将所述装置进行对准以后，将标准件放置于高温加热台(130)上，关闭石英玻璃窗(120)，通过气体流道单元向高温加热腔(150)的空腔中通入H2和Ar的混合气体，并在该混合气体气氛下，利用高温台控制器(180)控制高温加热台(130)，并通过光学常数测量模块实时输出温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处标准件对应的椭偏参数Ψ1和Δ1，其中，m和j均为大于0的正整数； S2待所述高温加热台(130)将至常温后，停止向高温加热腔(150)的空腔中通入H2和Ar的混合气体，开启石英玻璃窗(120)，并取出加热后的标准件，并重新放入相同特性的新标准件，在空气气氛下，利用高温台控制器(180)控制高温加热台(130)，并通过光学常数测量模块实时输出温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处新标准件对应的椭偏参数Ψ2和Δ2； S3根据步骤S1得到的椭偏参数Ψ1和Δ1和步骤S2得到的椭偏参数Ψ2和Δ2构建温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处校准椭偏参数Ψ3和Δ3； S4将待测样品(140)放置于高温加热台(130)上，重复步骤S1，以获取温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)对应的椭偏参数Ψ4和Δ4，并根据S3获取的校准椭偏参数Ψ3和Δ3，计算得到温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)对应的真实椭偏参数Ψ5和Δ5； S5建立待测样品(140)的正向光学模型，并根据该正向光学模型获取温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)对应的理论椭偏参数Ψc、Δc，将所述真实椭偏参数Ψ5和Δ5以及理论椭偏参数Ψc和Δc进行拟合，以获取真实椭偏参数Ψ5和Δ5以及理论椭偏参数Ψc和Δc均方根误差最小时，待测样品(140)的系数x(Tm)以及形貌参数； S6建立待测样品(140)的光学常数参数化模型g[x(Tm)，λm,j]，并根据所述系数x(Tm)，以获取待测样品(140)的光学常数N。 8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，步骤S3中，所述校准椭偏参数Ψ3和Δ3的计算模型为： Ψ3＝arctan[sqrt(tanΨ1/Ψ2)]， Δ3＝(Δ1-Δ2)/2；所述步骤S4中，所述真实椭偏参数Ψ5和Δ5的计算模型为： Ψ5＝arctan(tanΨ4/tan2Ψ3)， Δ5＝Δ4-2Δ3。 9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，步骤S5中，所述形貌参数包括待测样品(140)的厚度d(Tm)和表面粗糙度R(Tm)；所述待测样品(140)的正向光学模型为f(y，a)，其中，y为关于待测样品(140)的系数x(Tm)以及形貌参数的函数，a为常数。 10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，步骤S5中，采用最小二乘法将温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)对应的真实椭偏参数Ψ5和Δ5以及理论椭偏参数Ψc和Δc进行拟合，该最小二乘法的模型为：步骤S6中，所述光学常数参数化模型为： N＝nm,j-ikm,j＝g[x(Tm)，λm,j] 其中，nm,j为折射率系数，km,j为消光系数，g[]为温度节点Tm下不同光谱波长λm,j处待测样品(140)的光学常数参数化函数。
所属类别：	发明专利