CN108121023A - 一种光学薄膜滤光片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学薄膜滤光片的制作方法，包括：提供一基板；在基板的正面形成第一膜系；获取第一膜系的第一应力值，且依据第一应力值计算得出基板的第一面形变化量；在基板的背面形成第二膜系；获取第二膜系的第二应力值，且依据第二应力值计算得出基板的第二面形变化量；其中，第一膜系的应力以及第二膜系的应力分别为张应力，或第一膜系的应力以及第二膜系的应力分别为压应力，第一面形变化量与第二面形变化量叠加后满足目标需求。该制作方法可以有效控制所制备的光学薄膜滤光片中薄膜的应力。

Description

一种光学薄膜滤光片的制作方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜滤光片制作技术领域，更具体地说，尤其涉及一种 光学薄膜滤光片的制作方法。

背景技术

光学薄膜滤光片是一种利用多层膜的干涉效应实现选取所需光学波段功 能的光学器件。

其主要结构是通过在基底上制备出具有一定结构和材料分布的多层膜， 但是在薄膜的制备过程中，由于材料生长缺陷、基底的热膨胀系数以及初始 应力状态等多种原因，薄膜会产生应力变化，不可避免的所有的薄膜都存在 应力。

由于薄膜材料的不同，其应力引起的薄膜器件表面面形变化也不同，分 为张应力和压应力两种，在本技术领域中，将张应力取正号，将压应力取负 号。在张应力的作用下，薄膜具有收缩的趋势，当张应力超过了薄膜的弹性 限度，膜层就会出现破裂，最终导致薄膜从基底上剥离，相反的，薄膜的压 应力会使薄膜向基底的内侧卷曲，进而破裂，造成薄膜的剥离。需要说明的 是，薄膜应力对薄膜器件表面面形变化主要体现在面形power值上，因此通过 测量薄膜器件表面面形power值的变化计算出薄膜的应力变化。

对于具有面形要求的薄膜滤光片，不仅需要保证器件质量，更需要尽可 能的控制薄膜的应力，最大程度的消除薄膜应力。

那么如何提供一种无应力或应力符合要求的光学薄膜滤光片，是本领域 技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种光学薄膜滤光片的制作方法，该制 作方法，可以有效控制所制备的光学薄膜滤光片中薄膜的应力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光学薄膜滤光片的制作方法，所述制作方法包括：

提供一基板；

在所述基板的正面形成第一膜系；

获取所述第一膜系的第一应力值，且依据所述第一应力值计算得出所述 基板的第一面形变化量；

在所述基板的背面形成第二膜系；

获取所述第二膜系的第二应力值，且依据所述第二应力值计算得出所述 基板的第二面形变化量；

其中，所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为张应力，或 所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为压应力，所述第一面形 变化量与所述第二面形变化量叠加后满足目标需求。

优选的，在上述制作方法中，所述基板为光学紫外熔石英基板。

优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：

当在所述基板的正面形成所述第一膜系后，对所述第一膜系进行退火处 理。

优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：

当在所述基板的背面形成所述第二膜系后，对所述第二膜系进行退火处 理。

优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：

当在所述基板的正面形成所述第一膜系，以及在所述基板的背面形成所 述第二膜系后，对所述第一膜系和所述第二膜系同时进行退火处理。

优选的，在上述制作方法中，所述第二膜系为增透膜系。

优选的，在上述制作方法中，所述在所述基板的正面形成第一膜系包括：

对所述基板的正面以及背面进行抛光处理；

采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的正面形成所述第一 膜系。

优选的，在上述制作方法中，所述在所述基板的背面形成第二膜系包括：

采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的背面形成所述第二 膜系。

通过上述描述可知，本发明提供的一种光学薄膜滤光片的制作方法包括： 提供一基板；在所述基板的正面形成第一膜系；获取所述第一膜系的第一应 力值，且依据所述第一应力值计算得出所述基板的第一面形变化量；在所述 基板的背面形成第二膜系；获取所述第二膜系的第二应力值，且依据所述第 二应力值计算得出所述基板的第二面形变化量；其中，所述第一膜系的应力 以及所述第二膜系的应力分别为张应力，或所述第一膜系的应力以及所述第 二膜系的应力分别为压应力，所述第一面形变化量与所述第二面形变化量叠 加后满足目标需求。

由此可知，该制作方法，通过制作同为张应力或同为压应力的第一膜系 和第二膜系，分别形成在基板的正面和背面，通过控制第一膜系和第二膜系 的应力，使其二者之间相互作用，以使基板的最终面形变化量符合目标要求， 且该制作方法简单，很容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光学薄膜滤光片的制作方法的流程示意 图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种光学薄膜滤光片的制作方法的 流程示意图。

所述制作方法包括：

S101：提供一基板。

具体的，所述基板是指通过工艺加工制作的具有一定几何尺寸的基板， 且至少具有两个光学级粗糙度的表面，该基板具有两个相对的光学表面，在 使用之前，需要按照工艺需求，对基板的正面和背面进行抛光处理。

可选的，所述基板为光学紫外熔石英基板。

S102：在所述基板的正面形成第一膜系。

具体的，采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的正面形成 所述第一膜系，该第一膜系是依据待制作的光学薄膜滤光片的光学参数进行 设计的，在设计的过程中兼顾该第一膜系的应力值。

需要说明的是，由于退火工艺可以调节膜系的应力，同时会对膜系的光 谱特性产生平移，在膜系的设计过程中需要综合考虑这些因素，如果当在所 述基板的正面形成所述第一膜系后，需要对所述第一膜系进行退火处理时， 那么在第一膜系的设计过程中将第一膜系的中心波长根据退火工艺平移一定 量。

S103：获取所述第一膜系的第一应力值，且依据所述第一应力值计算得 出所述基板的第一面形变化量。

具体的，第一膜系对基板产生的面形变化量，及面形Power的变化量可 以由下列公式计算得出：

其中，ΔPower是面形Power的变化量，单位是nm，习惯上这一物理量 常用检测激光的工作波长作为单位，例如He-Ne激光器测得样品的面形为0.01 wavelength，即为0.01×632.8＝6.328nm，σ是膜系应力，单位为MPa，t_f是膜 系厚度，单位为nm，D是通光口径，单位为mm，t_s是基板厚度，单位为mm， E_s是基板材料的杨氏模量，单位为MPa，ν是基板材料的泊松比，单位为1。

通过上述公式，可以依据第一膜系的第一应力值，计算得出面形Power 的变化量，即第一面形变化量。

S104：在所述基板的背面形成第二膜系。

具体的，采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的背面形成 所述第二膜系，该第二膜系是依据待制作的光学薄膜滤光片的光学参数进行 设计的，在设计的过程中兼顾该第二膜系的应力值。

需要说明的是，由于退火工艺可以调节膜系的应力，同时会对膜系的光 谱特性产生平移，在膜系的设计过程中需要综合考虑这些因素，如果当在所 述基板的正面形成所述第一膜系后，以及在所述基板的背面形成所述第二膜 系后，需要对所述第一膜系进行退火处理时，那么在第二膜系的设计过程中 将第二膜系的中心波长根据退火工艺平移一定量。

可选的，所述第二膜系为透射膜系，以降低滤光片的背面反射，增加其 透过率。

S105：获取所述第二膜系的第二应力值，且依据所述第二应力值计算得 出所述基板的第二面形变化量。

具体的，同步骤S103中，依据第二膜系的第二应力值，计算得出面形 Power的变化量，即第二面形变化量。

需要说明的是，所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为张 应力，或所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为压应力，并且 所述第一面形变化量与所述第二面形变化量叠加后满足目标需求。

下面通过具体的实验数据对本发明上述实施例进行具体阐述。

实验一，在50mm×10mm的光学紫外熔石英基板上制作在500nm-530nm 波段透过率大于99.5％，550nm-600nm波段截止深度大于5OD的滤光片，要求 面形Power变化量优于0.25wavelength。

根据上述光谱要求，设计第一膜系，材料可选为Nb₂O₅和SiO₂两种可见光 波段常用的薄膜材料，利用膜系设计软件可以设计出很多满足要求的膜系， 下面选取了其中一种作为示例，如表1所示。

表1 第一膜系的设计结果

也就是说，第一膜系在垂直于基板的方向上，由最外层指向基板的膜层 由46层构成第一膜系，根据应力计算，在一定工艺下该第一膜系的应力为-240.78MPa，即该应力为压应力，将其形成在直径50mm，厚度10mm的光学 紫外熔石英基板上时，引起的面形Power变化量为-0.289wavelength。

之后再设计第二膜系，在滤光片背面形成的膜系一般采用AR膜，即增透 膜，以降低滤光片的背面反射，增加其透过率，由此可以设计得到第二膜系， 如表2所示。

表2 第二膜系的设计结果

也就是说，第二膜系在垂直于基板的方向上，由最外层指向基板的膜层 由6层构成第二膜系，根据应力计算，在一定工艺下该第二膜系的应力为 -247.43MPa，即该应力为压应力，将其形成在直径50mm，厚度10mm的光学 紫外熔石英基板上时，引起的面形Power变化量为-0.055wavelength。

根据上述结果可知，当第一膜系和第二膜系相互叠加后，最终引起的面 形Power变化量将被抵消一部分，达到-0.234wavelength，满足优于 0.25wavelength的指标需求。

实验二，在50mm×10mm的光学紫外熔石英基板上制作在500nm-530nm 波段透过率大于99.5％，550nm-600nm波段截止深度大于5OD的滤光片，要求 面形Power变化量优于0.2wavelength。

根据上述光谱要求，继续采用实验一中的第一膜系，重新设计背面膜系， 即第三膜系，结果如表3所示。

表3 第三膜系的设计结果

也就是说，第三膜系在垂直于基板的方向上，由最外层指向基板的膜层 由22层构成第三膜系，根据应力计算，在一定工艺下该第三膜系的应力为 -237.09MPa，即该应力为压应力，将其形成在直径50mm，厚度10mm的光学 紫外熔石英基板上时，引起的面形Power变化量为-0.101wavelength。

根据上述结果可知，当第一膜系和第三膜系相互叠加后，最终引起的面 形Power变化量将被抵消一部分，达到-0.188wavelength，满足优于 -0.2wavelength的指标需求。

由此可知，本发明提供的一种光学薄膜滤光片的制作方法通过制作相同 应力的第一膜系和第二膜系，分别形成在基板的正面和背面，通过控制第一 膜系和第二膜系的应力，使其二者之间相互作用，以使基板的最终面形变化 量符合目标要求，且该制作方法简单，很容易实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光学薄膜滤光片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供一基板；

在所述基板的正面形成第一膜系；

获取所述第一膜系的第一应力值，且依据所述第一应力值计算得出所述基板的第一面形变化量；

在所述基板的背面形成第二膜系；

获取所述第二膜系的第二应力值，且依据所述第二应力值计算得出所述基板的第二面形变化量；

其中，所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为张应力，或所述第一膜系的应力以及所述第二膜系的应力分别为压应力，所述第一面形变化量与所述第二面形变化量叠加后满足目标需求。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述基板为光学紫外熔石英基板。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

当在所述基板的正面形成所述第一膜系后，对所述第一膜系进行退火处理。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

当在所述基板的背面形成所述第二膜系后，对所述第二膜系进行退火处理。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

当在所述基板的正面形成所述第一膜系，以及在所述基板的背面形成所述第二膜系后，对所述第一膜系和所述第二膜系同时进行退火处理。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二膜系为增透膜系。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述基板的正面形成第一膜系包括：

对所述基板的正面以及背面进行抛光处理；

采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的正面形成所述第一膜系。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述在所述基板的背面形成第二膜系包括：

采用热蒸发或电子束蒸发或磁控溅射，在所述基板的背面形成所述第二膜系。