CN110079778B - 低缺陷光学薄膜制备方法及其制品 - Google Patents

低缺陷光学薄膜制备方法及其制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低缺陷光学薄膜制备方法及其制品。薄膜制备方法包括：热处理过程、采用离子束溅射方式镀制第一膜层的过程、采用离子束辅助电子束蒸镀方式镀制第二膜层的过程、薄膜表面平坦化处理的过程，采用电子束蒸镀方式镀涂第三膜层和第四膜层的过程，采用离子束溅射方式镀制保护膜层的过程。本发明还公开了一种利用镀膜装置制备薄膜的方法，镀膜装置为顺序连接的多真空腔室，各腔室分别对元件热处理，采用离子束溅射方式镀制第一膜层和保护层，采用电子束蒸镀方式镀制第二膜层、第三膜层和第三膜层，平坦化处理。本发明结合离子束溅射和电子束蒸镀的方式，设计出了可制备强附着力、高激光损伤阈值、低应力、抗激光损伤性能好的薄膜的方法。

Description

低缺陷光学薄膜制备方法及其制品
技术领域
本发明涉及超高功率和超高能量激光薄膜制备领域，尤其是一种低缺陷薄膜制备方法、一种基于多粒子沉积多腔体镀膜装置的低缺陷薄膜制备方法及两者的制品。
背景技术
强激光系统中对激光薄膜元件激光损伤阈值要求越来越高，薄膜的激光损伤问题已经成为限制激光系统向超高功率和超高能量方向发展的主要瓶颈之一。目前，强激光领域常用的激光薄膜制备方案包括电子束蒸发镀膜方式及离子束溅射镀膜方式。电子束蒸发镀膜方式制备的薄膜主要特点在于：应力低、激光损伤阈值高、光学均匀性好易制备大口径等；但其问题也较为明显：附着力较差，薄膜生长结构为柱状结构，该结构使薄膜界面与表面粗糙，增加了的散射损耗, 降低了环境耐久性和光学稳定性，在镀膜过程中容易形成微米级典型缺陷（如节瘤缺陷等），降低薄膜的抗激光损伤性能等。离子束溅射镀膜方式制备的薄膜主要特点在于：附着力好，激光损伤阈值高，光学损耗小，缺陷密度低不易形成微米级缺陷，膜层致密性好提高了环境耐久性和光学稳定性等；但其主要问题在于薄膜应力高，光学均匀性较差不易制备大口径薄膜等。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结合离子束溅射和电子束蒸镀两种镀膜方式，以为元件镀制附着力强、缺陷密度低和均匀性强、激光损伤阈值高的膜层。以制备出可应用于超高功率和超高能量激光系统。。
本发明采用的技术方案如下：
一种低缺陷薄膜制备方法，其包括：在真空环境下，依次执行以下步骤：
A．对待镀膜元件进行热平衡处理；
B．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第一预定厚度的第一膜层；
C．采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面镀制第二预定厚度的第二膜层；
D．对第二膜层进行平坦化处理；
E．采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面交替镀涂第三预定厚度的第三膜层和第四预定厚度的第四膜层；
F．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第五预定厚度的保护膜层。
对待镀膜元件进行热平衡处理，可以使得元件表面温度和环境温度保持在适宜镀膜的温度，同时，元件均匀受热也可有效防止膜层发生不规则形变。采用离子束溅射方式为元件表面镀涂第一膜层，其作为薄膜的基础，使得薄膜整体上具备强附着力。后续采用电子束蒸镀方式，可以降低薄膜应力，提高薄膜基础层的光学均匀性。平坦化处理可以降低薄膜的缺陷密度，进而提高了薄膜的抗激光损伤性能。最后再以离子束溅射方式镀制保护层，可以提高薄膜外层致密性，具备强环境耐久性和强光学稳定性。通过上述方法所制备的薄膜，结合了背景技术中两种方式单独制备薄膜的有点，克服了两种方式各自存在的缺陷。所制备的薄膜具备高激光损伤阈值和环境耐受性，可应用于超高功率和超高能量激光系统中。
进一步的，上述步骤D采用离子束刻蚀方式对膜层进行平坦化处理。
离子束刻蚀的方式可以对薄膜表面进行缺陷检测和高精度的平坦化处理，平坦化（刻蚀）效率高。
进一步的，上述步骤B前，先对所述待镀膜元件表面进行清洗处理。
对于元件表面的清洗可以进一步提高薄膜的附着力。
进一步的，在执行步骤C前，和/或者在执行步骤F前，先对膜层进行平坦化处理。即在方案中，每镀制一个膜层后，均可以先进行平坦化处理后，再镀下一膜层。这样，可以大幅降低整个膜层的缺陷密度，提高薄膜抗损伤阈值。
一种低缺陷薄膜，其由上述的低缺陷薄膜制备方法制备而成。
一种基于多粒子沉积多腔体镀膜装置的低缺陷薄膜制备方法，所述多粒子沉积多腔体镀膜装置的构造为：其包括4个真空腔室：元件上下架腔室、双离子束溅射镀膜腔室、电子束蒸发镀膜腔、膜层缺陷检测与平坦化处理腔室；4个真空腔室间，依次通过3条真空管道连通，各真空管道中依次设置有结构相同的第一机械手、第二机械手和第三机械手，各机械手将待镀膜元件在相邻两真空腔室内进行传递；
所述低缺陷薄膜的制备方法包括以下流程：
A．待镀膜元件在元件上下架腔室中进行热平衡处理；完成后，通过第一机械手将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室；
B．双离子束溅射镀膜腔室中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂第一预定厚度的第一膜层；完成后，通过第二机械手将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔；
C．电子束蒸发镀膜腔中，采用电子束蒸发方式，在待镀膜元件表面镀制第二预定厚度的第二膜层；完成后，通过第三机械手将待镀膜元件转移到膜层缺陷检测与平坦化处理腔室；
D．膜层缺陷检测与平坦化处理腔室中，对待镀膜元件表面进行缺陷检测和平坦化处理；完成后，通过第三机械手将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔；
E．电子束蒸发镀膜腔中，采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面交替镀制第三预定厚度的第三膜层和第四预定厚度的第四膜层；完成后，通过第二机械手将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室；
F．双离子束溅射镀膜腔室中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第五预定厚度的保护膜。
本发明提供了一种镀膜装置以对元件表面进行镀膜处理。各真空腔室及相互间的构造关系可以保持镀膜的真空环境和镀膜的连续性，机械手的配合工作可以保证镀膜过程的机械化，进而确保薄膜的性能。
进一步的，上述双离子束溅射镀膜腔室采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂第一预定厚度的第一膜层具体为：通过辅助离子源所产生的离子束轰击待镀膜元件表面，以清洗待镀膜元件表面；再通过溅射RF离子源所产生的离子束轰击靶材，靶材溅射的离子经氧化反应，所形成的氧化物沉积到待镀膜元件表面形成第一膜层。
以离子束对元件表面进行清洗，借助其微粒子性质和高速率的特点，可以对元件表面进行全方位、细致化地清洗。
进一步的，上述电子束蒸发镀膜腔采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面镀涂第二预定厚度的第二膜层具体为：通过若干e型电子枪发射的电子束轰击金属蒸发材料形成金属离子，金属离子经氧化后所形成的氧化物离子束沉积到待镀膜元件表面形成第二膜层。
e型电子枪设计灵活，可以便于蒸镀材料的便捷替换。
进一步的，上述膜层缺陷检测与平坦化处理腔室通过刻蚀RF离子源对待镀膜元件表面进行刻蚀以实现对膜层的平坦化处理；所述刻蚀RF离子源与待镀膜元件的轴线的相对倾角为40-60度。
刻蚀RF离子源可以对薄膜表面进行快速、均匀的刻蚀（即平坦化处理），其角度设计可以提高刻蚀的效率。
一种低缺陷薄膜，其由上述的基于多粒子沉积多腔体镀膜装置的低缺陷薄膜制备方法制备而成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的薄膜制备方法，结合了离子束溅射和电子束蒸镀两者方式，通过将两者在执行节点上的设计，可以制备出抗激光损伤性能强的光学薄膜。本发明方法过程简单、设计合理，所制备产品性能良好。
2、本发明利用镀膜装置对元件镀膜，通过设置合理的镀膜环境和镀膜节点，可以连续地对元件进行镀膜，并可根据需求对薄膜材料进行灵活更换，镀膜效率高、薄膜性能好。
3、本发明的薄膜具备高附着力，低缺陷，高损伤阈值，低应力和光学均匀性良好，易于制备大口径薄膜，具备较强的环境耐久性和光学稳定性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明低缺陷薄膜制备方法流程图。
图2是本发明所应用到的多粒子沉积多腔体镀膜装置的一个实施例。
图3是机械手结构一个实施例。
图4是基于多粒子沉积多腔体镀膜装置制备的薄膜的一个实施例。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种低缺陷薄膜制备方法，其包括在真空环境下，执行以下步骤：
A．对待镀膜元件进行热平衡处理。
对于热平衡处理，在一个实施例中，选用若干热辐射加热器进行梯度加热实现。通常情况下，加热环境温度的温差不超过5度，待镀膜元件上下表面温差不超过1度。
B．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制一定厚度的高致密SiO2膜层。
在一个实施例中，通过溅射RF离子源产生离子束轰击硅靶材以溅射到待镀膜元件表面实现SiO2膜层的镀制。溅射RF离子源的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经中和器电子中和后形成束流轰击硅靶材，靶材被溅射出的硅离子与镀膜腔体中的氧气反应形成氧化硅沉积到待镀膜元件上形成一定厚度的低折射率高致密SiO2膜层。为提高膜层均匀性，在镀膜过程中，还可采用掩膜板进行膜层均匀性修正。
C．采用电子束蒸发方式，在待镀膜元件表面（上一膜层表面，下同）镀制HfO2；在HfO2膜层达到预定厚度后，执行D。为了提高膜层性能，此处的电子束蒸发方式采用离子束辅助电子束蒸发方法。
在一个实施例中，通过e型电子枪发射热电子经阴极与阳极间的高压电场加速形成电子束，由磁场使之偏转到达坩埚蒸发源材料表面，轰击金属铪蒸发材料形成的铪离子与镀膜腔室中的氧气形成铪粒子束沉积到镀膜元件SiO2膜层表面形成一定厚度的高折射率HfO2膜层。为改善HfO2膜层性能，在HfO2膜层沉积过程中，采用辅助离子束（由辅助离子源产生）轰击待镀膜元件表面。为提高膜层均匀性，采用辅助离子束轰击，通过动量转移，使沉积粒子获得较大的动能，进而改善薄膜性能。在镀膜过程中，还可采用掩膜板进行膜层均匀性修正。
D．对膜层进行平坦化处理；完成后，执行E。
在一个实施例中，平坦化处理通过刻蚀RF离子源刻蚀完成。刻蚀RF离子源的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室的使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经内置中和器电子中和后形成束流对膜层进行平坦化处理，刻蚀深度通过刻蚀速率与时间计算。在平坦化处理过程中，为了便于掌握处理实况，所述平坦化处理还包括膜层表面缺陷观测过程，在一个实施例中，由于镀膜是真空环境，其通过外置观测系统实现待镀膜元件表面进行实时观测。
E．采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面交替沉积SiO2膜层和HfO2膜层。
在一个实施例中，步骤E的镀膜环境与步骤C相同，区别仅在于镀膜材料有所不同。通过离子束辅助电子束蒸发镀膜技术，根据光谱需求完成低折射率SiO2膜层与高折射率HfO2膜层的交替镀膜，e型电子枪发射热电子经阴极与阳极间的高压电场加速形成电子束，由磁场使之偏转到达坩埚蒸发源材料表面，交替轰击蒸发材料形成粒子束（SiO2、HfO2）沉积到膜层表面。膜层表面表面不断受到来自辅助离子源形成的辅助离子束轰击，通过动量转移，使沉积粒子获得较大的动能，改善薄膜性能。镀膜过程中掩模板进一步对膜层均匀性进行修正。
F．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制保护膜层。
在一个实施例中，步骤F的镀膜环境与步骤B相同。通过溅射RF离子源产生离子束轰击保护膜层材料靶材以溅射到待镀膜元件表面实现保护膜层的镀制。溅射RF离子源的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经中和器电子中和后形成束流轰击靶材，靶材被溅射出的离子与镀膜腔体中的氧气反应形成氧化物沉积到待镀膜元件上形成一定厚度的保护膜层。在一个实施例中，保护膜层为SiO2膜或HfO2膜或SiO2和HfO2的交替多层膜，即靶材选用硅或铪，或两者交替选用。
G．将待镀膜元件自然降温。
对于待镀膜元件的降温，在一个实施例中，与为其加热的环境相同，区别点仅在于不再对其加热。即保持其真空环境，对其自然降温。自然降温可以防止通过辅助工具降温而导致元件或薄膜受冷不均或降温不同步而发生不规则形变的问题。
对于薄膜制备的真空环境，在一个实施例中，通过若干机械泵获得环境（例如真空腔室）的前级真空10-2 mbar，再通过若干冷泵获得环境的高真空10-7 mbar。此为镀膜和离子氧化较为合适的一个环境。
为进一步降低薄膜膜层的缺陷密度，在每镀制一膜层后，均可以先进行执行步骤D中的平坦化处理后，再镀制下一膜层。
为增加薄膜的附着力，在执行步骤B前，先对待镀膜元件表面进行清洗。在一个具体实施例中，清洗采用离子束轰击的方式，其离子源的反应气体选用氧气和氩气的混合气体。
实施例二
本实施例公开了一种基于多粒子沉积多腔体镀膜装置的低缺陷薄膜制备方法，其中，多粒子沉积多腔体镀膜装置的构造为：其包括4个真空腔室：元件上下架腔室A、双离子束溅射镀膜腔室B、离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C、膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D。4个真空腔室间，依次通过3条真空管道连通，各真空管道中分别设置有结构相同的元件抓取转移机械手F、G、H，各元件抓取转移机械手将待镀膜元件在相邻两真空腔室内进行传递。
低缺陷薄膜制备方法包括以下步骤：
A．待镀膜元件在元件上下架腔室A中进行热平衡处理；完成后，通过元件抓取转移机械手F将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室B；
B．双离子束溅射镀膜腔室B中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂高致密SiO2膜层；完成后，通过元件抓取转移机械手G将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C；
C．离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中，采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面镀涂预定厚度的HfO2膜层；完成后，通过元件抓取转移机械手H将待镀膜元件转移到膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D；
D．膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D中，对待镀膜元件表面进行缺陷检测和平坦化处理；完成后，通过元件抓取转移机械手H将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C；
E．离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中，采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面交替沉积SiO2膜层和HfO2膜层；完成后，通过元件抓取转移机械手G将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室B；
F．双离子束溅射镀膜腔室B中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂保护膜层，在一个实施例中，保护膜层为SiO2膜、HfO2膜或SiO2和HfO2的交替多层膜。完成后，通过元件抓取转移机械手F将待镀膜元件转移到元件上下架腔室A中进行自然降温；
G．当待镀膜元件温度降到室温后，向元件上下架腔室A放气使得其与大气压平衡，之后打开元件上下架腔室A，取出已镀膜完成的待镀膜元件。
上述过程中，在镀制每一膜层后，均可以先通过元件抓取转移机械手将待镀膜元件转移到膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D中进行缺陷检测和平坦化处理后，再将待镀膜元件转移到其他镀膜腔室（B或C）镀膜。
如图2所示，上述元件上下架腔室A的结构为：其包含一真空室A1，该真空室A1后侧下方设置有两台机械泵A2、A3，两台机械泵A2、A3分别通过一真空管A15、A16连接到真空室，两真空管A15、A16上分别设置有一真空阀A4、A5，两机械泵A2、A3工作以获得真空室A1前级真空10-2mbar；真空室A1后侧中下方直接连接有三台冷泵A12、A13、A14，三台冷泵A12、A13、A14呈扇形分布，三台冷泵A12、A13、A14工作以获得真空室A1高真空10-7mbar；真空室A1内腔中上部和中下部分别设置有3台热辐射加热器A6、A7、A8,A9、A10、A11，以保证整个腔室的温度分布的均匀性及对真空室A1加热的效果，六台热辐射加热器A6、A7、A8、A9、A10、A11工作以将真空腔从室温加热到300度，上述热辐射加热器A6、A7、A8、A9、A10、A11的设计可确保腔体内温差不超过5度，腔室内元件上下表面温度温差不超过1度；在真空室A1内腔顶部设置有公转工件盘A17，该公转工件盘A17在真空室A1内呈中心对称分布，该公转工件盘A17通过轴承连接到真空室外的电机进行可控公转，电机控制公转工件盘转速为30转/分，公转工件盘A17盘上成对称分布有限位柱A19、A20，在公转工件盘上安装有带定位挂钩3的工装盘2，工装盘2与公转工件盘A17的中轴成中心对称。镀膜元件A18平放于该工装盘2中。
如图2所示，元件上下架腔室A与双离子束溅射镀膜腔B通过真空管道F4连接，如图3所示，真空管道F4两端具有独立开关的真空阀F1、F5，真空管道F4中部设置有元件抓取转移机械手F，元件抓取转移机械手F由主轴电机16、伸缩机械臂F3和抓取机械手F2构成，主轴电机16安装于真空管道F4中部，其（主轴电机）竖轴可旋转180度，伸缩机械臂F3一端连接主轴电机16，另一端连接抓取机械手F2，伸缩机械臂F3具备X轴和Z轴两个方向上的运动自由度，抓取机械手可抓取或释放镀膜元件。伸缩机械臂F3包含X轴伸缩杆和Z轴伸缩杆，X轴伸缩杆一端连接主轴电机16，另一端连接Z轴伸缩杆的一端，Z轴伸缩杆的一端连接抓取机械手，X轴伸缩杆由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15构成，Z轴伸缩杆由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13构成。抓取机械手F2包括一抓臂，该抓臂成Y型，抓臂的底部连接于Z轴伸缩杆的端部；在抓臂的两侧分别设置有一抓取臂6、7和一电机8、9和一带定向导轨的螺纹丝杆10、11，电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制对应的抓取臂6、7夹紧或松开，在两抓取臂6、7的两相对面上，分别设置有一个受力感应器4、5。
元件抓取转移机械手F的工作流程如下：当真空管道F4两端的腔室（即元件上下架腔室A与双离子束溅射镀膜腔B与真空管道F4具有相同的真空环境及温度环境时，真空阀F1打开，元件抓取转移机械手F通过外接电信号控制伸缩机械臂F3。机械臂F3包含X轴和Z轴两个方向上的运动自由度，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7分别位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上分别安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手F2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱A19、A20。控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门F1，打开真空阀门F5，伸缩机械臂F3进行X轴延伸到双离子束溅射镀膜腔B中公转工件盘限位柱B22、B23下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱B23、B27。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门F5。
如图2所示，上述双离子束溅射镀膜腔室B的结构为：其包含一真空室B1，该真空室B1后侧下方设置有两台机械泵B2、B3，两台机械泵B2、B3分别通过一真空管B6、B7连接到真空室B1，两真空管B6、B7上分别设置有一真空阀B4、B5，两机械泵B2、B3工作以获得真空室B1前级真空10-2mbar；真空室B1后侧中下方直接连接有三台冷泵B20、B21、B22，三台冷泵B20、B21、B22呈扇形分布，三台冷泵B20、B21、B22工作以获得真空室B1高真空10-7mbar；真空室B1内腔中上部和中下部分别设置有3台热辐射加热器B14、B15、B16，B17、B18、B19，以保证整个腔室的温度分布的均匀性及对真空室B1加热的效果，六台热辐射加热器B14、B15、B16、B17、B18、B19工作以将真空腔从室温加热到300度，上述热辐射加热器B14、B15、B16、B17、B18、B19的设计可确保腔体内温差不超过5度，腔室内元件上下表面温度温差不超过1度；在真空室B1内腔顶部设置有公转工件盘B24，该公转工件盘B24在真空室B1内呈中心对称分布，该公转工件盘B24通过轴承连接到真空室B1外的电机进行可控公转，电机控制公转工件盘B24转速为30转/分，公转工件盘B24上成对称分布有两限位柱B23、B27，在公转工件盘B24上安装有带定位挂钩3的工装盘2，工装盘2与公转工件盘B24的中轴相对偏心，以保证镀膜过程中的膜层的均匀性，镀膜元件B25平放于该工装盘2中。真空室B1内底部设置有靶材B9，正对该靶材B9设置有溅射RF离子源B10，正对镀膜元件B25设置有辅助离子源B8。在镀膜元件B25和靶材B9之间，设置有一掩膜板B26。
溅射RF离子源B10的反应气体为氧气和氩气的混合气体，溅射RF离子源B10的放电室使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经中和器电子中和后形成束流B12轰击靶材B9。靶材溅射出溅射粒子束B13沉积到镀膜元件B25上形成薄膜。辅助离子源B8的反应气体为氧气和氩气的混合气体，其形成的辅助离子束B11不断轰击镀膜元件B25表面，通过动量转移，使沉积粒子获得较大的动能，达到清洗效果，以改善薄膜性能。镀膜过程中掩模板B26进一步对薄膜膜层均匀性进行修正。
如图2所示，双离子束溅射镀膜腔B与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C通过真空管道G4连接。如图3所示，真空管道G4两端具有独立开关的真空阀G1、G5，真空管道G4中部设置有元件抓取转移机械手G，元件抓取转移机械手G由主轴电机16、伸缩机械臂G3和抓取机械手G2构成，主轴电机16安装于真空管道G4中部，其竖轴可旋转180度。伸缩机械臂G3一端连接主轴电机16，另一端连接抓取机械手G2。伸缩机械臂G3具备X轴和Z轴两个方向上的运动自由度，抓取机械手可抓取或释放镀膜元件。伸缩机械臂G3包含X轴伸缩杆和Z轴伸缩杆，X轴伸缩杆一端连接主轴电机16，另一端连接Z轴伸缩杆的一端，Z轴伸缩杆的一端连接抓取机械手，X轴伸缩杆由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15构成，Z轴伸缩杆由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13构成。抓取机械手G2包括一抓臂，该抓臂成Y型，抓臂的底部连接于Z轴伸缩杆的端部；在抓臂的两侧分别设置有一抓取臂6、7和一电机8、9和一带定向导轨的螺纹丝杆10、11，电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制对应的抓取臂6、7夹紧或松开，在两抓取臂6、7的两相对面上，分别设置有一个受力感应器4、5。
元件抓取转移机械手G的工作流程同元件抓取转移机械手F相同。
如图2所示，上述离子束辅助电子束蒸发镀膜腔室C的结构为：其包含一真空室C1，该真空室C1后侧下方设置有两台机械泵C2、C3，两台机械泵C2、C3分别通过一真空管C6、C7连接到真空室C1，两真空管C6、C7上分别设置有一真空阀C4、C5，两机械泵C2、C3工作以获得真空室C1前级真空10-2mbar；真空室C1后侧中下方直接连接有三台冷泵C18、C19、C20，三台冷泵C18、C19、C20呈扇形分布，三台冷泵C18、C19、C20工作以获得真空室C1高真空10-7mbar；真空室C1内腔中上部和中下部分别设置有3台热辐射加热器C12、C13、C14，C15、C16、C17，以保证整个腔室的温度分布的均匀性及对真空室C1加热的效果，六台热辐射加热器C12、C13、C14、C15、C16、C17工作以将真空腔从室温加热到300度，上述热辐射加热器C12、C13、C14、C15、C16、C17的设计可确保腔体内温差不超过5度，腔室内元件上下表面温度温差不超过1度；在真空室C1内腔顶部设置有公转工件盘C24，该公转工件盘C24在真空室C1内呈中心对称分布，该公转工件盘C24通过轴承连接到真空室C1外的电机进行可控公转，电机控制公转工件盘C24转速为60转/分，公转工件盘C24上成对称分布有限位柱C21、C22，在公转工件盘C24上安装有带定位挂钩3的工装盘2，工装盘2与公转工件盘C24的中轴相对偏心，以保证镀膜过程中的膜层的均匀性，镀膜元件C23平放于该工装盘2中。在真空室C1内腔底部，正对镀膜元件C23设置有两e型电子枪C8、C9和一RF辅助离子源C27，RF辅助离子源C27设置于真空室C1内腔底部中部，两e型电子枪C8、C9分布于RF辅助离子源C27两侧。在两e型电子枪C8、C9与镀膜元件C23之间，分别设置有一掩膜板C25、C26。
两e型电子枪C8、C9发射热电子经阴极与阳极间的高压电场加速形成电子束，由磁场使之偏转到达坩埚蒸发源材料表面，轰击蒸发材料形成粒子束C10、C11沉积到镀膜元件C23表面。在光学镀膜领域C10、C11一般是不同的两种镀膜材料，如C10代表高折射率材料和C11代表低折射率材料。RF辅助离子源C27的反应气体为氧气和氩气的混合气体。镀膜元件C23表面不断受到来自RF辅助离子源C27形成的辅助离子束C28轰击，通过动量转移，使沉积粒子获得较大的动能，改善薄膜性能。镀膜过程中两掩模板C25、C26进一步对膜层均匀性进行修正。
如图2所示，离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C与膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D通过真空管道H4连接。如图3所示，真空管道H4两端具有独立开关的真空阀H1、H5，真空管道H4中部设置有元件抓取转移机械手H，元件抓取转移机械手H由主轴电机16、伸缩机械臂H3和抓取机械手H2构成，主轴电机16安装于真空管道H4中部，其竖轴可旋转180度，伸缩机械臂H3一端连接主轴电机16，另一端连接抓取机械手H2。伸缩机械臂H3包含X轴伸缩杆和Z轴伸缩杆两个方向上的运动自由度，抓取机械手可抓取或释放镀膜元件。伸缩机械臂H3包含X轴伸缩杆和Z轴伸缩杆，X轴伸缩杆一端连接主轴电机16，另一端连接Z轴伸缩杆的一端，Z轴伸缩杆的一端连接抓取机械手，X轴伸缩杆由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15构成，Z轴伸缩杆由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13构成。抓取机械手H2包括一抓臂，该抓臂成Y型，抓臂的底部连接于Z轴伸缩杆的端部；在抓臂的两侧分别设置有一抓取臂6、7和一电机8、9和一带定向导轨的螺纹丝杆10、11，电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制对应的抓取臂6、7夹紧或松开，在两抓取臂6、7的两相对面上，分别设置有一个受力感应器4、5。
元件抓取转移机械手H的工作流程与元件抓取转移机械手F相同。
如图2所示，上述膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D的结构为：其包含一真空室D1，该真空室D1后侧下方设置有两台机械泵D2、D3，两台机械泵D2、D3分别通过一真空管D6、D7连接到真空室D1，两真空管D6、D7上分别设置有一真空阀D4、D5，两机械泵D2、D3工作以获得真空室D1前级真空10-2mbar；真空室D1后侧中下方直接连接有三台冷泵D18、D19、D20，三台冷泵D18、D19、D20呈扇形分布，三台冷泵D18、D19、D20工作以获得真空室D1高真空10-7mbar；真空室D1内腔中上部和中下部分别设置有3台热辐射加热器D12、D13、D14，D15、D16、D17，以保证整个腔室的温度分布的均匀性及对真空室D1加热的效果，六台热辐射加热器D12、D13、D14、D15、D16、D17工作以将真空腔从室温加热到300度，上述热辐射加热器D12、D13、D14、D15、D16、D17的设计可确保腔体内温差不超过5度，腔室内元件上下表面温度温差不超过1度；在真空室D1内腔顶部设置有公转工件盘D25，该公转工件盘D25在真空室D1内呈中心对称分布，该公转工件盘D25通过轴承连接到真空室D1外的电机进行可控公转，电机控制公转工件盘D25转速为60转/分，公转工件盘D25上成对称分布有限位柱D22、D23，在公转工件盘D25上安装有带定位挂钩3的工装盘2，工装盘2与公转工件盘D25的中轴相对偏心，以保证镀膜过程中的膜层的均匀性，镀膜元件D24平放于该工装盘2中。在真空室D1内腔底部设置有工作平台D8，在该工作平台D8上设置有二维运动机构，在该二维运动机构上安装有刻蚀RF离子源D9，刻蚀RF离子源D9在二维运动机构带动下，可在二维方向（X轴、Y轴）上自由运动，进一步保证刻蚀膜面的去除均匀性。刻蚀RF离子源D9与工装盘2轴线的相对倾角ａ为40度-60度，以提高刻蚀速率以及减少薄膜表面污染。在真空室D1腔壁上开设有观察窗口D11，该观察窗口D11处连接有可视化观测系统D10。
用于薄膜缺陷平坦化的刻蚀RF离子源D9的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经内置中和器电子中和后形成刻蚀束流D21刻蚀镀膜元件D24。平坦化过程中利用外置可视化缺陷观测系统D10从观察窗口D11对膜层表面缺陷状况进行实时观测。
本实施例的工装盘均对应于同一工装盘，镀膜元件均对应于同一镀膜元件。
实施例三
基于实施例二，本实施例以激光光学薄膜多层膜制备方法为例。如图2-4所示，镀膜元件J1口径为米级方形或圆形等，元件材料为熔石英、K9、轻质SiC等常用光学材料。常见的典型低折射率材料为氧化硅等；常见的典型高折射率材料为铪及其氧化物、钽及其氧化物等。在本实例中待镀元件取为K9，低折射率材料取SiO2，高折射率材料取Hf。
在元件上下架腔室A中，待镀膜元件J1平放在带定位挂钩3的工装盘2中，安装在带有对称限位柱A19、A20的公转工件盘上。元件上下架腔室A通过位于镀膜机后侧下方两台机械泵A2、A3及位于镀膜机腔室后侧中上方呈扇形分布三台冷泵A12、A13、A14获得高真空，通过位于真空室A1内腔的中下部3台A6、A7、A8及中上部3台A9、A10、A11热辐射加热器对待镀膜元件进行梯度加热到镀膜温度，整个腔体温度温度差不超过5度，元件上下表面温度差不超过1度。
双离子束溅射镀膜腔B及真空管道F4通过位于镀膜机后侧下方两台机械泵B2、B3及位于镀膜机腔室后侧中上方呈扇形分布三台冷泵B20、B21、B22获得与腔室A相同真空度，通过位于真空室内腔的中下部3台热辐射加热器B14、B15、B16及中上部3台热辐射加热器B17、B18、B19加热到与A腔相同温度。当元件上下架腔室A与双离子束溅射镀膜腔B、真空管道F4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门F1，元件抓取转移机械手F通过外接电信号控制伸缩机械臂F3。机械臂F3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手F2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱A19、A20。控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门F1，打开真空阀门F5，伸缩机械臂F3进行X轴延伸到双离子束溅射镀膜腔B中公转工件盘限位柱B22、B23下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱B23、B27。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门F5。预先通过双离子束溅射镀膜腔B中的辅助离子源B8对待镀膜元件J1镀膜表面进行离子束清洗，增强薄膜附着力。溅射RF离子源B10的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室的使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经中和器电子中和后形成束流B12轰击硅靶材B9。靶材被溅射出的硅离子与镀膜腔体B1中的氧气反应形成氧化硅沉积到待镀膜元件J1上形成一定厚度的低折射率SiO2膜层J2。镀膜过程中掩模板B26进一步对膜层均匀性进行修正。
离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C及真空管道G4通过位于镀膜机后侧下方两台机械泵C2、C3及位于镀膜机腔室后侧中上方呈扇形分布三台冷泵C18、C19、C20获得与B腔相同真空度，通过位于真空室内腔的中下部3台C12、C13、C14及中上部3台C15、C16、C17热辐射加热器到与B腔相同温度。当双离子束溅射镀膜腔B与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C、真空管道G4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门G1，元件抓取转移机械手G通过外接电信号控制伸缩机械臂G3。机械臂G3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手G2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱B23、B27。控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门G1，打开真空阀门G5，伸缩机械臂G3进行X轴延伸到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中公转工件盘限位柱C21、C22下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱C21、C22。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门G5。通过离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中的e型电子枪C9发射热电子经阴极与阳极间的高压电场加速形成电子束，由磁场使之偏转到达坩埚蒸发源材料表面，轰击金属铪蒸发材料形成的铪离子与镀膜腔室C1中的氧气形成铪粒子束C11沉积到镀膜元件SiO2膜层表面形成一定厚度的高折射率HfO2膜层J3。HfO2膜层沉积过程中表面不断受到来自辅助离子源C27形成的离子束C28轰击，改善薄膜性能。镀膜过程中掩模板C26进一步对膜层均匀性进行修正。
膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D及真空管道H4通过位于镀膜机后侧下方两台机械泵D2、D3及位于镀膜机腔室后侧中上方呈扇形分布三台冷泵D18、D19、D20获得与B腔相同真空度，通过位于真空室内腔的中下部3台D12、D13、D14及中上部3台D15、D16、D17热辐射加热器到与C腔相同温度。当膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C、真空管道H4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门H1，元件抓取转移机械手H通过外接电信号控制伸缩机械臂H3。机械臂H3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂H3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手H2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手H2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱C21、C22。控制伸缩机械臂H3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门H1，打开真空阀门H5，伸缩机械臂H3进行X轴延伸到膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D中公转工件盘限位柱D22、D23下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱D22、D23。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂H3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门H5。刻蚀RF离子源D9与工装盘2轴线的相对倾角ａ为50度，以提高刻蚀速率以及减少薄膜表面污染。用于薄膜缺陷平坦化的刻蚀RF离子源D9的反应气体为氧气和氩气的混合气体，离子源放电室的使混合气体有效电离，电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后，经内置中和器电子中和后形成束流D21对HfO2膜层J3进行缺陷检测与平坦化处理，刻蚀深度通过刻蚀速率与时间计算。平坦化过程中利用外置可视化观测系统D10从观察窗口D11对膜层表面缺陷状况进行实时观测。以上制备工艺中，每层膜层制备完成后均可以根据需要进行膜层缺陷检测与平坦化处理。膜层缺陷检测与平坦化处理完成后。当膜层缺陷检测与平坦化处理腔室D与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔室C、真空管道H4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门H5，元件抓取转移机械手H通过外接电信号控制伸缩机械臂H3。机械臂H3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂H3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手H2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手H2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱D22、D23。控制伸缩机械臂H3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门H1，打开真空阀门H5，伸缩机械臂H3进行X轴延伸到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中公转工件盘限位柱C21、C22下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱1。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂H3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门H1。
镀膜元件在离子束辅助电子束蒸发镀膜腔室C完成进一步薄膜的制备，通过离子束辅助电子束蒸发镀膜技术根据光谱需求完成低折射率SiO2膜层J4与高折射率HfO2膜层J5的交替镀膜，e型电子枪C8、C9发射热电子经阴极与阳极间的高压电场加速形成电子束，由磁场使之偏转到达坩埚蒸发源材料表面，交替轰击蒸发材料形成粒子束SiO2、HfO2沉积到膜层J3表面。膜层J4、J5表面不断受到来自辅助离子源C27形成的离子束C28轰击，通过动量转移，使沉积粒子获得较大的动能，改善薄膜性能。镀膜过程中掩模板C25、C26进一步对膜层均匀性进行修正。
镀膜元件完成离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C的镀膜任务后，当双离子束溅射镀膜腔B与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C、真空管道G4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门G4，元件抓取转移机械手G通过外接电信号控制伸缩机械臂G3。机械臂G3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手G2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱C21、C22。控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门G1，打开真空阀门G5，伸缩机械臂G3进行X轴延伸到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中公转工件盘限位柱C21、C22下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱B23、B27。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门G1。镀膜元件回到双离子束溅射镀膜腔B完成保护膜层J6镀制，以提高薄膜的环境适应性并且对薄膜的整体性能进行提升。保护层为SiO2膜或HfO2膜或SiO2和HfO2的交替多层膜。
镀膜元件完成离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C的镀膜任务后，当双离子束溅射镀膜腔B与离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C、真空管道G4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门G4，元件抓取转移机械手G通过外接电信号控制伸缩机械臂G3。机械臂G3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手G2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱C21、C22。控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门G1，打开真空阀门G5，伸缩机械臂G3进行X轴延伸到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔C中公转工件盘限位柱C21、C22下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱B23、B27。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂G3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门G1。镀膜元件回到双离子束溅射镀膜腔B完成最后一层SiO2膜层J6镀制，以提高薄膜的环境适应性并且对薄膜的整体性能进行提升。这里并不局限于SiO2膜层也可以是HfO2膜层，也不仅局限于最后一层，也可以根据工艺需要完成最后几层膜的镀膜。
完成所有镀膜任务后，当元件上下架腔室A与双离子束溅射镀膜腔B、真空管道F4具有相同的真空环境及温度环境时，打开真空阀门F5，元件抓取转移机械手F通过外接电信号控制伸缩机械臂F3。机械臂F3包含X轴和Z轴方向上的运动，X轴伸缩由螺纹丝杆14及X轴定向导轨15控制，Z轴伸缩由螺纹丝杆12及Z轴定向导轨13控制。通过数控编码器对公转工件盘、工装盘相对机械手位置进行事先定位。伸缩机械臂F3进行X轴延伸到达元件对应下方，通过Z轴运动使抓取机械手F2的抓取臂6、7位于工装盘2两侧，抓取臂6、7上安装有受力感应器4、5。电机8、9通过带定向导轨的螺纹丝杆10、11控制抓取臂6、7的夹紧，受力感应器4、5控制抓取力。抓取机械手F2抓紧工装盘后，通过机械臂Z轴定量伸长使工装盘挂钩3向上抬起脱离限位柱1后，通过机械臂X轴定量延伸使工装盘挂钩3移出限位柱B23、B27。控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零，通过主轴电机16进行180度旋转。关闭真空阀门F1，打开真空阀门F5，伸缩机械臂F3进行X轴延伸到双离子束溅射镀膜腔B中公转工件盘限位柱B22、B23下方后，进行Z轴延伸使工装盘挂钩位于公转工盘限位柱相对于挂钩正向旁侧，通过机械臂X轴定量延伸使限位柱1位于工装盘挂钩3内后，通过机械臂Z轴定量收缩使工装盘挂钩3完全挂住限位柱A19、A20。松开抓取臂6、7，控制伸缩机械臂F3的Z轴和X轴归零。关闭真空阀门F1。元件上下架腔室A进行自然降温，当温度降为室温后，向其真空室放气至与大气压平衡后，打开真空室取出镀膜元件。
实施例四
本实施例公开了一种低缺陷薄膜，其由上述实施例中的薄膜制备方法制得。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，其包括：在真空环境下，依次执行以下步骤：
A．对待镀膜元件进行热平衡处理；
B．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第一预定厚度的第一膜层，所述第一膜层为SiO2膜层；
C．采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面镀制第二预定厚度的第二膜层，所述第二膜层为HfO2膜层；
D．对第二膜层进行平坦化处理；
E．采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面交替镀制第三预定厚度的第三膜层和第四预定厚度的第四膜层；所述第三膜层为SiO2膜层，所述第四膜层为HfO2膜层；
F．采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第五预定厚度的保护膜层；所述保护膜层为SiO2膜或HfO2膜、或SiO2和HfO2的交替多层膜；
所述步骤B和/或步骤C中，在镀膜过程中，采用掩膜板进行膜层均匀性修正。
2.如权利要求1所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤D采用离子束刻蚀方式对待镀膜元件表面进行平坦化处理。
3.如权利要求1或2所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤B前，先对所述待镀膜元件表面进行清洗处理。
4.如权利要求3所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，在执行步骤C前，和/或者在执行步骤F前，先对膜层进行平坦化处理。
5.如权利要求1所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，在多粒子沉积多腔体镀膜装置中制备低缺陷光学薄膜，所述多粒子沉积多腔体镀膜装置的构造为：其包括4个真空腔室：元件上下架腔室、双离子束溅射镀膜腔室、电子束蒸发镀膜腔、膜层缺陷检测与平坦化处理腔室；4个真空腔室间，依次通过3条真空管道连通，各真空管道中依次设置有结构相同的第一机械手、第二机械手和第三机械手，各机械手将待镀膜元件在相邻两真空腔室内进行传递；
所述低缺陷光学薄膜的制备方法包括以下流程：
A．待镀膜元件在元件上下架腔室中进行热平衡处理；完成后，通过第一机械手将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室；
B．双离子束溅射镀膜腔室中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀制第一预定厚度的第一膜层；完成后，通过第二机械手将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔；所述双离子束溅射镀膜腔室（B）包含一真空室（B1），所述真空室（B1）内腔顶部设置有公转工件盘（B24），该公转工件盘（B24）在真空室（B1）内呈中心对称分布，该公转工件盘（B24）通过轴承连接到真空室（B1）外的电机进行可控公转，在公转工件盘（B24）上安装有带定位挂钩（3）的工装盘（2），所述工装盘（2）与公转工件盘（B24）的中轴相对偏心，待镀膜元件平放于该工装盘（2）中；
C．电子束蒸发镀膜腔中，采用电子束蒸发方式，在待镀膜元件表面镀制第二预定厚度的第二膜层；完成后，通过第三机械手将待镀膜元件转移到膜层缺陷检测与平坦化处理腔室；
D．膜层缺陷检测与平坦化处理腔室中，对待镀膜元件表面进行缺陷检测和平坦化处理；完成后，通过第三机械手将待镀膜元件转移到离子束辅助电子束蒸发镀膜腔；
E．电子束蒸发镀膜腔中，采用电子束蒸发方式，在待镀膜元件表面交替镀涂第三预定厚度的第三膜层和第四预定厚度的第四膜层；完成后，通过第二机械手将待镀膜元件转移到双离子束溅射镀膜腔室；
F．双离子束溅射镀膜腔室中，采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂第五预定厚度的保护膜。
6.如权利要求5所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，所述双离子束溅射镀膜腔室采用离子束溅射方式，在待镀膜元件表面镀涂第一预定厚度的第一膜层具体为：通过辅助离子源所产生的离子束轰击待镀膜元件表面，以清洗待镀膜元件表面；再通过溅射RF离子源所产生的离子束轰击靶材，靶材溅射的离子经氧化反应，所形成的氧化物沉积到待镀膜元件表面形成第一膜层。
7.如权利要求5所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，所述电子束蒸发镀膜腔采用电子束蒸镀方式，在待镀膜元件表面镀制第二预定厚度的第二膜层具体为：通过若干e型电子枪发射的电子束轰击金属蒸发材料形成金属离子，金属离子经氧化后所形成的氧化物沉积到待镀膜元件表面形成第二膜层。
8.如权利要求5所述的低缺陷光学薄膜制备方法，其特征在于，所述膜层缺陷检测与平坦化处理腔室通过刻蚀RF离子源对待镀膜元件表面进行刻蚀以实现对膜层的平坦化处理；所述刻蚀RF离子源与待镀膜元件的轴线的相对倾角为40-60度。
9.一种低缺陷光学薄膜，其特征在于，其由如权利要求1-8任一所述的低缺陷光学薄膜制备方法制备而成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111575657B (zh) * 2020-04-23 2022-04-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于离子束辅助纳米叠层解决电子束沉积薄膜龟裂的方法
CN112195443A (zh) * 2020-09-14 2021-01-08 武汉电信器件有限公司 一种薄膜沉积系统及镀膜方法
CN115466927B (zh) * 2022-08-31 2023-07-18 安徽其芒光电科技有限公司 薄膜沉积装置及薄膜沉积方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050132960A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Seagate Technology Llc Small volume environmental chamber and multi-chamber processing apparatus comprising same
JP2009037811A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Sumitomo Chemical Co Ltd 有機ｅｌ装置の製造方法
CN201990718U (zh) * 2011-02-28 2011-09-28 宏濑科技股份有限公司 蒸镀机及其面板检测装置
CN103215540A (zh) * 2013-03-28 2013-07-24 同济大学 一种提高偏振膜激光损伤阈值的制备方法
CN107058947B (zh) * 2016-11-09 2019-04-02 上海交通大学 用于制备燃料电池金属双极板非晶碳膜磁控溅射连续线
CN108342699B (zh) * 2018-02-11 2020-06-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 综合沉积镀膜设备及综合镀膜方法
CN108265269B (zh) * 2018-02-11 2020-05-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 提升多层激光薄膜元件环境稳定性的镀膜方法

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