CN108342699A - 综合沉积镀膜设备及综合镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备及综合镀膜方法,设备包括由左电子枪坩埚、右电子枪坩埚、离子源辅源、离子源主源、溅射靶材和夹具盘组成的综合沉积系统。本发明结合了电子束蒸发沉积技术、离子束辅助沉积技术及离子束溅射沉积技术的优点,不但能够提高膜层质量,而且能够提高镀膜效率、降低镀膜成本。
Description
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域,特别是一种电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备及综合镀膜方法。
背景技术
电子束蒸发沉积技术、离子束辅助沉积技术,以及离子束溅射沉积技术是目前广泛使用的薄膜沉积技术。电子束蒸发沉积技术因易获得高的激光损伤阈值,且易扩展用于制备大尺寸薄膜元件,被广泛应用于激光薄膜元件的制备,例如美国国家点火装置,及我国神光系列装置中使用的传输反射镜等大尺寸激光薄膜元件均采用电子束蒸发沉积技术制备而成。离子束辅助沉积技术因具有调谐膜层堆积密度、光学性质、力学性质等功能,也逐渐在激光薄膜等高端薄膜的制备中得到越来越广泛的应用。离子束溅射沉积技术具有高致密性、高稳定性等特点,被广泛应用于空间环境用薄膜元件的制备。
在某些应用中,需综合利用电子束沉积、离子束辅助沉积和离子束溅射沉积的优势,在同一个镀膜元件上实现两种,甚至两种以上的薄膜沉积。目前,对于这类镀膜需求,采用的办法是在一台镀膜设备先完成其中一部分膜层,再到另外一台或两台镀膜设备上完成其余部分的膜层。这种方法会一方面因在多次装片、取片和多次抽真空过程中,大大增加了元件内部引起缺陷的几率,进而降低膜层的性能;另一方面,由于需要多次抽高真空,降低了镀膜效率,增加了镀膜成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备及综合镀膜方法,该设备将电子束蒸发沉积、离子束辅助沉积和离子束溅射沉积集成在一台镀膜设备,可以在同一次镀膜过程中按照膜系设计需要,采取合适的薄膜沉积技术,不但可以提高膜层质量,还可以提高镀膜效率、降低镀膜成本。
本发明的技术解决方案如下:
一种电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备,包括一台镀膜机,其特征是在同一个真空腔体内设置左电子枪坩埚、右电子枪坩埚、离子辅源、离子主源、溅射靶材和夹具盘,所述的左电子枪和右电子枪分别位于真空腔体底部的左前部分和右前部分,所述的离子辅源位于真空腔体底部的中后方,所述的离子主源和溅射靶材分别位于真空腔体的右侧和左侧,所述的夹具盘置于真空腔体的上部。
利用上述综合沉积镀膜设备进行综合镀膜的方法,其特点在于该方法包括下列步骤:
1)将待镀膜基片置于所述的夹具盘上;
2)添加膜料:左电子枪和右电子枪分别置入高折射率镀膜材料、低折射率镀膜材料,将选定的溅射靶材置于溅射靶材架上;
3)向控制镀膜设备的计算机输入镀膜参数:包括电子束蒸镀时,高折射率膜料的沉积速率υHE、电子束蒸镀时低折射率膜料的沉积速率υLE、离子辅助沉积高折射率材料时的偏压VHA及离子辅助沉积时高折射率材料的沉积速率υHA、离子辅助沉积低折射率材料时的偏压VLA及离子辅助沉积时低折射率材料的沉积速率υLA、离子束溅射时的沉积速率υS、离子主源偏压VS及离子源辅源偏压VSA、监控波长λ和所需镀制的膜系;
4)镀膜设备抽真空,当真空度优于9×10-4Pa时,根据综合沉积所镀膜层的设计要求按顺序开始镀膜并令沉积的膜层i=1:
①所述的计算机判断该膜层i所采用的沉积技术:
若采用电子束蒸镀技术,则进入步骤②;若采用离子束辅助沉积技术,则进入步骤③;若采用离子束溅射沉积技术,则进入步骤④;
②电子束蒸镀技术:
若该膜层为高折射率层,则使左电子枪工作,沉积真空为PHE、沉积速率为υHE;若该膜层为低折射率层,则使右电子枪工作,沉积真空为PLE、沉积速率为υLE;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
③若该膜层为高折射率层,则使左电子枪和离子辅源同时工作,沉积真空为PHA、沉积速率为υHA、离子辅助偏压VHA;若该膜层为低折射率层,则使右电子枪和离子辅源同时工作,沉积真空为PLA、沉积速率为υLA、离子辅助偏压VLA;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
④离子主源和离子辅源同时工作,离子主源轰击溅射靶材,溅射靶材与水平方向之间的夹角介于45°~60°之间;离子主源偏压VS、离子源辅源偏压VSA、沉积真空为Ps、沉积速率为υS;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
5)所有膜层镀制完毕后,镀膜结束。
本发明的技术效果:
1、本发明在一次镀膜过程中可以分别使用上述沉积技术,也可以根据薄膜设计要求,按照设计的顺序选择采用电子束蒸发沉积技术、离子束辅助沉积技术,以及离子束溅射沉积技术,实现电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积技术。
2、本发明一方面,能够避免多次装、取片和多次抽取真空过程中在薄膜元件内部引入的缺陷,进而提升了膜层的性能;另一方面,由于避免了多次抽取高真空,提高了镀膜效率,降低了镀膜成本。
因此,本发明非常适合用于制备高性能薄膜元件。
附图说明
图1是本发明电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
请先参阅图1,图1是本发明电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备结构示意图,由图可见,本发明电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备,包括一台镀膜机,在同一个真空腔体1内设置左电子枪坩埚2、右电子枪坩埚3、离子辅源4、离子主源5、溅射靶材6和夹具盘7,所述的左电子枪2和右电子枪3分别位于真空腔体1底部的左前部分和右前部分,所述的离子辅源4位于真空腔体1底部的中后方,所述的离子主源5和溅射靶材6分别位于真空腔体1的右侧和左侧,所述的夹具盘7置于真空腔体1的上部。
实施例,以Glass/HLMNB/Air的膜系设计为例,膜系结构中,Glass表示玻璃基底,H表示电子束蒸发沉积的高折射率膜层,L表示电子束蒸发沉积的低折射率膜层,M表示离子束辅助沉积技术沉积的高折射率膜层,N表示离子束辅助沉积的低折射率膜层,B表示离子束溅射沉积的膜层。利用本发明电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备进行综合镀膜的方法,其特点在于该方法包括下列步骤:
1)将待镀膜玻璃基片置于夹具盘7上;
2)采用电子束沉积H层和L层:
首先,打开左电子枪2开始采用电子束沉积技术沉积H层,沉积真空为PHE、沉积速率为υHE,当到达所需的膜层厚度后,关闭左电子枪2;随后,打开右电子枪3开始采用电子束沉积技术沉积L层,沉积真空为PLE、沉积速率为υLE,当到达所需的膜层厚度后,关闭右电子枪3;
3)采用离子束辅助沉积M层和N层:
同时打开左电子枪2和离子辅源4开始采用离子束辅助沉积M层,沉积真空为PHA、沉积速率为υHA、离子辅助偏压VHA,当到达所需的膜层厚度后,关闭左电子枪2和离子辅源4,同时打开右电子枪3和离子辅源4开始采用离子束辅助沉积N层,沉积真空为PLA、沉积速率为υLA、离子辅助偏压VLA,当到达所需的膜层厚度后,关闭右电子枪3和离子源辅源4;
4)采用离子束溅射沉积B层:
同时打开离子主源5和离子辅源4开始采用离子束溅射沉积B层,离子主源5轰击溅射靶材6,溅射靶材6与水平方向之间成50°夹角。离子主源偏压VS、离子辅源偏压VSA、沉积真空为Ps、沉积速率为υS;当到达所需的膜层厚度后,关闭离子源主源5和离子源辅源4。
5)镀膜结束。
实验表明,本发明将电子束蒸发沉积、离子束辅助沉积和离子束溅射沉积集成在一台镀膜设备,可以在同一次镀膜过程中按照膜系设计需要,采取合适的薄膜沉积技术,不但可以提高膜层质量,还可以提高镀膜效率、降低镀膜成本。
Claims (2)
1.一种电子束蒸发、离子束辅助与离子束溅射综合沉积镀膜设备,包括一台镀膜机,其特征是在同一个真空腔体(1)内设置左电子枪坩埚(2)、右电子枪坩埚(3)、离子辅源(4)、离子主源(5)、溅射靶材(6)和夹具盘(7),所述的左电子枪(2)和右电子枪(3)分别位于真空腔体(1)底部的左前部分和右前部分,所述的离子辅源(4)位于真空腔体(1)底部的中后方,所述的离子主源(5)和溅射靶材(6)分别位于真空腔体(1)的右侧和左侧,所述的夹具盘(7)置于真空腔体(1)的上部。
2.利用权利要求1所述的综合沉积镀膜设备进行综合镀膜的方法,其特征在于该方法包括下列步骤:
1)将待镀膜基片置于所述的夹具盘(7)上;
2)添加膜料:左电子枪(2)和右电子枪(3)分别置入高折射率镀膜材料、低折射率镀膜材料,将选定的溅射靶材置于溅射靶材架(6)上;
3)向控制镀膜设备的计算机输入镀膜参数:包括电子束蒸镀时,高折射率膜料的沉积速率υHE、电子束蒸镀时低折射率膜料的沉积速率υLE、离子辅助沉积高折射率材料时的偏压VHA及离子辅助沉积时高折射率材料的沉积速率υHA、离子辅助沉积低折射率材料时的偏压VLA及离子辅助沉积时低折射率材料的沉积速率υLA、离子束溅射时的沉积速率υS、离子主源偏压VS及离子源辅源偏压VSA、监控波长λ和所需镀制的膜系;
4)镀膜设备抽真空,当真空度优于9×10-4Pa时,根据综合沉积所镀膜层的设计要求按顺序开始镀膜,并令沉积的膜层i=1:
①所述的计算机判断该膜层i所采用的沉积技术:
若采用电子束蒸镀技术,则进入步骤②;若采用离子束辅助沉积技术,则进入步骤③;若采用离子束溅射沉积技术,则进入步骤④;
②电子束蒸镀技术:
若该膜层为高折射率层,则使左电子枪(2)工作,沉积真空为PHE、沉积速率为υHE;若该膜层为低折射率层,则使右电子枪(3)工作,沉积真空为PLE、沉积速率为υLE;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
③若该膜层为高折射率层,则使左电子枪(2)和离子辅源(4)同时工作,沉积真空为PHA、沉积速率为υHA、离子辅助偏压VHA;若该膜层为低折射率层,则使右电子枪(3)和离子辅源(4)同时工作,沉积真空为PLA、沉积速率为υLA、离子辅助偏压VLA;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
④离子主源(5)和离子辅源(4)同时工作,离子主源(5)轰击溅射靶材(6),溅射靶材(6)与水平方向之间的夹角介于45°~60°之间;离子主源偏压VS、离子辅源偏压VSA、沉积真空为Ps、沉积速率为υS;当监控片上某个膜层的光学厚度达到该膜层的设定值时,停止该膜层的镀膜,令i=i+1,返回步骤①;
5)所有膜层镀制完毕后,镀膜结束。
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