CN101162271A - 一种旋转监控片的光学薄膜自动监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转监控片的光学薄膜自动监控装置，涉及一种薄膜产品制备过程中的监控设备。本发明包括：光源发射系统、驱动电机、工件架、晶控仪探头、监控片旋转机构、信号接收系统、信号转换系统、晶控仪、计算机、真空室和监控片。监控片旋转机构和晶控仪探头设置在真空室内，光源发射系统发出光信号，入射到真空室内，在监控片上形成光斑，由信号接收系统接收后，经过信号转换和计算机处理，监控薄膜厚度，控制材料的蒸发速率。本发明采用把监控片旋转机构设计成内环和外环，中间采用细钢丝连接，这样的结构避免了监控片旋转时对晶控仪探头的遮挡，实现了旋转监控片状态下的光控系统和晶控仪对镀膜过程的联动控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜产品制备过程中的监控设备，尤其是能够实现旋转监控片的自动控制过程。
背景技术
绝大多数的光学薄膜都是基于光的干涉原理设计的，光学厚度通常作为一个整体量去影响干涉结果。所以对于光学薄膜来说，最希望得到的是精确的光学厚度。
对于光学薄膜物理厚度的监控，最常用的方法是用石英晶体测量淀积物的质量，然后通过密度换算为厚度，再乘以膜层的折射率得到光学厚度。由于在膜层制备过程中各种因素的影响，膜层的折射率很难控制得非常准确，从而导致了膜层光学厚度的误差。石英晶振法是精密的，但是不十分准确。测量光学厚度最好的方法是光学监控法，就是直接测量由于薄膜厚度变化引起的膜系的透(反)射率变化值。由于技术的发展，光学监控系统已经发展得非常精确和稳定了。当前，光学薄膜的最佳监控方法是用石英监控膜层的沉积速率执行镀膜过程，用单波长光电法决定薄膜光学厚度停点的全自动镀膜系统。
在使用光学监控系统监控薄膜厚度时，由于真空室中材料蒸气分子的分布不均匀，会造成监控片上薄膜厚度的不均匀，这种不均匀性会导致监控信号的钝化，降低监控精度。解决这个问题常用的方法是：
第一、缩小监控片上的光斑尺寸，利用监控片上厚度局部“均匀区”。并且光斑也不能无限制地减小，由于膜层误差的累积，其监控精度也不能达到很高，常常需要频繁更换监控片来截断误差。这种方法的缺点是：需要设计特别的结构来装载和更换监控片；频繁更换监控片截断误差传递，这对需要误差补偿的滤光片的制作是不合适的。
第二、降低监控片上厚度不均匀所造成的监控误差，最有效的方法是旋转监控片，消除监控片上厚度不均匀性。但是在实际镀膜设备的设计中，监控片装置和晶控仪探头之间的距离非常近，在监控片装置旋转时会影响晶控仪探头的正常工作。现在一些镀膜设备常采用磁悬浮和偏置监控片来解决这一问题，这种装置结构复杂、价格昂贵。这对于常规的光学镀膜设备而言是不适用的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用的可旋转监控片的薄膜自动监控装置。该装置能够在旋转监控片时，既能使用晶控仪监控膜层的沉积速率，同时又能用光控系统监控膜层厚度，实现高精度自动镀膜过程。
本发明的技术方案
本发明包括：光源发射系统、驱动电机、工件架、晶控仪探头、监控片旋转机构、信号接收系统、信号转换系统、晶控仪、计算机、真空室和监控片。监控片旋转机构和晶控仪探头设置在真空室内，驱动电机带动工件架旋转；监控片旋转机构由内环、外环和中间的连接钢丝组成，内环用以固定监控片，外环和工件架相连，实现旋转监控片状态下的光控系统和晶控仪对镀膜过程的联动控制，避免监控片旋转时对晶控仪探头的遮挡；由工件架的转动带动监控片转动，用工件架来传动监控片旋转机构的转动。
光源发射系统发出光信号，入射到真空室内监控片上形成光斑，由信号接收系统接收后，经过信号转换系统进行信号转换，传输到一设置有数据处理软件的计算机上；晶控仪将几何厚度、沉积速率等信号传输到计算机上；在旋转监控片的状况下，晶控仪控制材料蒸发速率，计算机实时快速接收监控波长光信号，经过有效的数据处理后，得到监控波长的透射率值，按照预先设置判停当前层。
本发明的有益效果是通过旋转监控片，减小监控片上不同地方的厚度差，保证了光度信号的准确度，提高了膜层厚度控制精度。本旋转机构结构简单合理，成本低廉，有很好的操作性和实用性。
附图说明
图1是薄膜沉积监控系统，其中：1-光源发射系统 2-驱动电机 3-工件架 4-晶控仪探头 5-监控片旋转机构 6-信号接收系统 7-信号转换系统 8-晶控仪 9-计算机 10-真空室 11-监控片；
图2是监控片旋转机构，其中：5-1-内环 5-2-外环 5-3-连接钢丝。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括：光源发射系统1、驱动电机2、工件架3、晶控仪探头4、监控片旋转机构5、信号接收系统6、信号转换系统7、晶控仪8、计算机9、真空室10和监控片11。监控片旋转机构5由内环5-1、外环5-2和中间的连接钢丝5-3组成，内环5-1用以固定监控片11，外环和工件架3相连，由工件架3的转动带动监控片11转动，在内环5-1和外环5-2之间用三根细钢丝(直径0.1mm)相连，连接钢丝5-3对晶控仪探头4的蒸发遮挡可以忽略，这样的设计既保证了监控片11的旋转，又可以实现晶控仪8对蒸发速率的控制；光源发射系统1发出光信号，入射到真空室中监控片11上形成一个不大于φ6mm的光斑，由一信号接收系统6接收后，再经过信号转换系统7进行信号转换，传输到一设置有数据处理软件的计算机机9上；晶控仪8将几何厚度、沉积速率等信号传输到计算机机9上。
在旋转监控片11的状况下，晶控仪8控制材料蒸发速率，计算机9实时快速接收监控波长光信号，经过有效的数据处理后，得到监控波长的透射率值，按照预先设置判停当前层。整个镀制过程完全自动化和智能化，无需人为干预，保证控制过程的重复性，减轻镀膜者的劳动强度。
Claims (2)
1.一种旋转监控片的光学薄膜自动监控装置，包括：光源发射系统(1)、驱动电机(2)、工件架(3)、晶控仪探头(4)、监控片旋转机构(5)、信号接收系统(6)、信号转换系统(7)、晶控仪(8)、计算机(9)、真空室(10)和监控片(11)，其特征在于：监控片旋转机构(5)和晶控仪探头(4)设置在真空室(10)内；监控片旋转机构(5)由内环(5-1)、外环(5-2)和中间的连接钢丝(5-3)组成，内环5-1用以固定监控片(11)，外环(5-2)和工件架(3)相连，实现旋转监控片(11)状态下的光控系统和晶控仪对镀膜过程的联动控制，避免监控片(11)旋转时对晶控仪探头(4)的遮挡；由工件架(3)的转动带动监控片(11)转动，用工件架(3)来传动监控片旋转机构(5)的转动。
2.一种旋转监控片的光学薄膜自动监控方法，其特征在于：光源发射系统(1)发出光信号，入射到真空室内监控片(11)上形成光斑，由信号接收系统(6)接收后，经过信号转换系统(7)进行信号转换，传输到一设置有数据处理软件的计算机(9)上；晶控仪(8)将几何厚度、沉积速率等信号传输到计算机(9)上；在旋转监控片(11)的状况下，晶控仪(8)控制材料蒸发速率，计算机(9)实时快速接收监控波长光信号，经过有效的数据处理后，得到监控波长的透射率值，按照预先设置判停当前层。
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2007
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