随着薄膜材料和制造技术的不断发展,如何准确、快速地对纳米级薄膜的光学常数、厚度的表征受到了人们的广泛关注。椭圆偏振测量是一种通过分析偏振光在待测薄膜样品表面反射前后的偏振态的改变来获得薄膜材料的光学常数和薄膜厚度的高精度、非接触测量方法。由于椭圆偏振测量是一种间接测量手段,其测量结果很大程度上依赖数据处理过程中对于模型的建立和数据拟合智能方法的运用。本文首先基于椭圆偏振测量基本原理,对薄膜材料结构特性和光学特性建模方法及数据拟合原理进行详细说明,针对薄膜材料结构特性建模提出了简化三相建模结构,既能简化建模过程又能提高拟合精度;其次针对椭偏数据拟合过程特别依赖经验及先验知识,拟合结果重复性不佳等缺点,对粒子群算法进行改进,并提出一种IPSO-BP算法。将该数据拟合算法运用至多种规格的膜厚样品数据处理过程中,结果表明该方法不仅降低了建模时人为因素的影响,也保证了分析效果的一致性。最后,利用具有国际权威计量机构NIST认证的美国VLSI公司生产的膜厚标准样片结合商用椭偏数据处理软件对本文中提出的数据处理方法加以验证。结果表明本文中提出的数据拟合算法与其他算法相比对薄膜的结构特性及光学特性表征更为精确,且针对大尺寸薄膜拟合时能规避周期性带来的影响,具有拟合结果唯一的特点。本文研究成果可为椭偏仪的校准及溯源性等问题研究垫定基础。