CN112504143A - 镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机，包括光信号透过薄膜进入信号接收器；所述信号接收器采集到前一周期结束时的光透射率和当前周期结束时的光透射率；根据所述当前周期结束时的光透射率相对于所述前一周期结束时的光透射率的变化计算出当前周期的薄膜厚度。本发明的镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机，当前周期的薄膜厚度根据当前周期结束时的光透射率相对于前一周期结束时的光透射率的变化计算确定，该监测方法确定当前周期的薄膜厚度是以前一周期为参考点，膜厚监测过程中通过改变参考点来抵消误差，从而减小膜厚测量的累积公差，提高测量精确度。

Description

镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机
技术领域
本发明蒸发镀膜技术领域，具体涉及一种镀膜膜厚在线监测方法，还涉及一种应用该镀膜膜厚在线监测方法的镀膜机。
背景技术
蒸发镀膜常称真空镀膜，其特点是在真空条件下，材料蒸发并在玻璃表面上凝结成膜，在玻璃表面形成附着力很强的薄膜，薄膜的光谱特性由薄膜的厚度和折射率决定，实际生产中为了确保薄膜的光谱特性需要在镀膜过程中对每层薄膜的厚度进行精确的在线监测。目前在线监测薄膜厚度的方法主要有晶体振荡和光学控制两种方法，晶体振荡方法属于间接测量方法；光学控制方法属于直接测量方法，具有更高的测量精确度。
蒸发镀膜过程由具有不同折射率的材料依次逐层沉积到基底上构成，比如，第一种折射率的材料在基底上沉积目标厚度（比如100nm）的第一层，第二种折射率的材料在第一层上沉积目标厚度（比如100nm）的第二层，以此类推依次逐层沉积至数百层、甚至上千层。现有技术中的膜厚检测包括由信号接收器采集光信号透过薄膜的光透射率，通过光透射率计算出薄膜的光学厚度，这种方式中，信号接收器采集到的光信号强度会随着膜厚增加而减弱，导致监测精度降低；同时，光透射率在极值点附近对膜厚的变化不敏感，也会引起监测精度下降，并且会随着薄膜层数的增加造成测量误差累积。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机，减小膜厚测量的累积公差，提高测量精确度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种镀膜膜厚在线监测方法，包括，
光信号透过薄膜进入信号接收器；
所述信号接收器采集到前一周期结束时的光透射率和当前周期结束时的光透射率；
根据所述当前周期结束时的光透射率相对于所述前一周期结束时的光透射率的变化计算出当前周期的薄膜厚度。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括逐层镀膜获得所述薄膜过程中，镀一层为一个周期。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括逐层镀膜获得所述薄膜过程中，镀多层为一个周期。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述光信号为激光光信号。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种镀膜机，包括镀膜腔室和设置在所述镀膜腔室内的激光测量模组，所述激光测量模组应用所述的镀膜膜厚在线监测方法测量薄膜的厚度。
本发明一个较佳实施例中，进一步所述激光测量模组包括平面工件架，所述平面工件架上设有成膜基座，所述平面工件架绕自己的轴心转动，所述成膜基座绕自己的轴心转动。
本发明一个较佳实施例中，进一步所述平面工件架上设有多个成膜基座，所述多个成膜基座设置在以所述平面工件架的轴心为圆心的圆周上，至少一个所述成膜基座绕自己的轴心转动。
本发明一个较佳实施例中，进一步所述平面工件架的转动速度能够调节，或/和所述成膜基座的转动速度能够调节。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述激光测量模组还包括激光光源和信号接收器，所述激光光源和信号接收器分别设置在所述平面工件架的相对两侧，所述信号接收器所含透镜的光轴与所述平面工件架相垂直，所述激光光源位于所述信号接收器所含透镜的光轴上。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述激光测量模组还包括辅正板，所述辅正板用于遮挡部分蒸发源，且所述激光光源安装在所述辅正板上。
本发明的有益效果：
本发明的镀膜膜厚在线监测方法和镀膜机，当前周期的薄膜厚度根据当前周期结束时的光透射率相对于前一周期结束时的光透射率的变化计算确定，该监测方法确定当前周期的薄膜厚度是以前一周期为参考点，膜厚监测过程中通过改变参考点来抵消误差，从而减小膜厚测量的累积公差，提高测量精确度。
附图说明
图1为本发明优选实施例中镀膜膜厚在线监测方法的流程图；
图2为本发明优选实施例中镀膜机的结构示意图。
图中标号说明：
2-镀膜腔室，4-激光光源，6-蒸发源，8-信号接收器，10-平面工件架，12-成膜基座，13-行星转动成膜基座，14-辅正板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
蒸发镀膜在镀膜腔室内完成，蒸发镀膜过程由具有不同折射率的材料依次逐层沉积到基底上构成，本发明实施例公开一种镀膜膜厚在线监测方法，用于在蒸发镀膜过程中实时监测镀膜厚度，其中，蒸发镀膜过程中，光透射率随着薄膜厚度的增加震荡变化，达到极值（极大值/极小值）时，薄膜的光学厚度（实际厚度与薄膜折射率的乘积）为四分之一光波长的整数倍，当光透射率完成一次极值间的变化时，可知薄膜光学厚度增加了四分之一波长，由此可以通过监测光透射率，计算出薄膜的厚度。
参照图1所示，本发明镀膜膜厚在线监测方法包括以下步骤，
光信号投射至薄膜表面并透过所述薄膜进入信号接收器；
所述信号接收器采集到前一周期结束时的光透射率和当前周期结束时的光透射率；
根据所述当前周期结束时的光透射率相对于所述前一周期结束时的光透射率的变化计算出当前周期的薄膜厚度。也就是，本发明监测方法确定当前周期的薄膜厚度是以前一周期为参考点，膜厚监测过程中通过改变参考点来抵消误差，从而减小膜厚测量的累积公差，提高测量精确度。
第一种实施例技术方案中，逐层镀膜获得所述薄膜过程中，蒸镀一层为一个周期。通常蒸镀一层薄膜的目标厚度前期已经设定，比如100nm，蒸镀至达到设定的目标厚度时，一个周期结束。当前周期结束时的光透射率也就是当前层结束时的光透射率，前一周期结束时的光透射率也就是前一层结束时的光透射率，在监测当前层薄膜的厚度时，为了便于理解，记当前层薄膜为自基底向上数的第二层薄膜，前一层薄膜为第一层薄膜。根据第二层薄膜蒸镀结束时的光透射率相对于第一层薄膜蒸镀结束时的光透射率的变化计算出第二层薄膜的厚度。
第二种实施例技术方案中，逐层镀膜获得所述薄膜过程中，镀多层为一个周期，比如蒸镀10层为一个周期、50层为一个周期、100层为一个周期或者500层为一个周期等，一个周期代表的薄膜层数根据实际需要可以调整。以下以蒸镀10层为一个周期进行说明：通常蒸镀一层薄膜的目标厚度前期已经设定，比如100nm；此时一个周期为1000nm，蒸镀至达到1000nm时，一个周期结束。第一个周期（即自基底向上蒸镀了10层）结束时，第10层薄膜蒸镀结束时的光透射率作为第二个周期的第1~10层（也就是薄膜整体的第11层~第20层）膜厚监测的参考点，第二个周期第2层（也就是薄膜整体的第12层）的薄膜厚度是根据薄膜整体第12层薄膜蒸镀结束时的光透射率对比薄膜整体第10层薄膜蒸镀结束时光透射率的变化计算确定。
作为本发明的进一步改进，所述光信号为激光光信号，激光光源的强度高，带宽窄，相干性好，激光光信号的信噪比高，选用激光光信号可以使得信号接收器采集到的光信号强度不会随着膜厚增加而减弱，极大提升监测精确度。
基于相同的发明构思，本发明实施例还公开一种镀膜机，包括镀膜腔室2，所述镀膜腔室2内设有离子源和至少两组蒸发源6，两组蒸发源6分别用于提供两种材料，比如二氧化硅材料、五氧化二钽材料，两个蒸发源6交替工作，离子源辅助蒸发镀膜。参照图2所示，所述镀膜机还包括激光测量模组，所述激光测量模组应用所述的镀膜膜厚在线监测方法测量薄膜的厚度。具体的，所述激光测量模组包括激光光源4、信号接收器8和平面工件架10，所述激光光源4和信号接收器8分别设置在所述平面工件架10的相对两侧，所述信号接收器8所含透镜的光轴与所述平面工件架10相垂直，所述激光光源4位于所述信号接收器8所含透镜的光轴上。所述平面工件架10上设有成膜基座12，使用时，所述成膜基座12上安装玻璃基底，所述镀膜腔室2内蒸发源6作用于玻璃基底上蒸镀沉积获得薄膜，蒸镀薄膜过程中，激光光源4向玻璃基底上投射激光，激光经过玻璃基底透过其上的薄膜进入所述信号接收器8，由信号接收器8采集到光透射率。本实施例技术方案中，所述平面工件架10绕自己的轴心转动，所述成膜基座12绕自己的轴心转动构成行星转动成膜基座。设计平面工件架10转动和成膜基座12转动，可以改变采样位置，实现多点采样，通过多点采样减小膜厚监测误差。
其中，所述平面工件架10的转动速度能够调节，或者所述成膜基座12的转动速度能够调节，或者所述平面工件架10和所述成膜基座12的转动速度均能够调节。调节转动速度可以改善镀膜的均匀性。
进一步的，所述平面工件架10上设有多个成膜基座12，所述多个成膜基座12设置在以所述平面工件架10的轴心为圆心的圆周上，至少一个所述成膜基座12绕自己的轴心转动。比如，平面工件架10的直径为600毫米，具有6个工位（即设有6个成膜基座12），每个成膜基座12上均可装夹1片材料为WMS-15、直径为150毫米的玻璃基底，每片玻璃基底的圆心至平面工件架10轴心的距离相同。以上设计的平面工件架10使得一套激光测量模组可以对应测量多个成膜基座12上的多片薄膜的厚度，提高监测效率。通过调节平面工件架10、成膜基座12的转动速度，并通过调节信号接收器8的采样周期，目的是只针对行星转动成膜基座13上的薄膜做厚膜监测，其它成膜基座12上的膜厚默认与之相同。当然，根据需要，也可以设置多个行星转动成膜基座13，对各个行星转动成膜基座13上的薄膜分别做多位置监测。
进一步的，所述激光测量模组还包括辅正板14，所述辅正板14设置在所述镀膜腔室2内，且位于所述辅正板14的正下方，所述激光光源安装在所述辅正板14上。通过所述辅正板14遮挡部分蒸发源，以保持薄膜厚度的均匀性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种镀膜膜厚在线监测方法，其特征在于：包括，
光信号透过薄膜进入信号接收器；
所述信号接收器采集到前一周期结束时的光透射率和当前周期结束时的光透射率；
根据所述当前周期结束时的光透射率相对于所述前一周期结束时的光透射率的变化计算出当前周期的薄膜厚度。
2.如权利要求1所述的镀膜膜厚在线监测方法，其特征在于：逐层镀膜获得所述薄膜过程中，镀一层为一个周期。
3.如权利要求1所述的镀膜膜厚在线监测方法，其特征在于：逐层镀膜获得所述薄膜过程中，镀多层为一个周期。
4.如权利要求1~3任一项所述的镀膜膜厚在线监测方法，其特征在于：所述光信号为激光光信号。
5.一种镀膜机，包括镀膜腔室和设置在所述镀膜腔室内的激光测量模组，其特征在于：所述激光测量模组应用权利要求1~4任一项所述的镀膜膜厚在线监测方法测量薄膜的厚度。
6.如权利要求5所述的镀膜机，其特征在于：所述激光测量模组包括平面工件架，所述平面工件架上设有成膜基座，所述平面工件架绕自己的轴心转动，所述成膜基座绕自己的轴心转动。
7.如权利要求6所述的镀膜机，其特征在于：所述平面工件架上设有多个成膜基座，所述多个成膜基座设置在以所述平面工件架的轴心为圆心的圆周上，至少一个所述成膜基座绕自己的轴心转动。
8.如权利要求6所述的镀膜机，其特征在于：所述平面工件架的转动速度能够调节，或/和所述成膜基座的转动速度能够调节。
9.如权利要求6所述的镀膜机，其特征在于：所述激光测量模组还包括激光光源和信号接收器，所述激光光源和信号接收器分别设置在所述平面工件架的相对两侧，所述信号接收器所含透镜的光轴与所述平面工件架相垂直，所述激光光源位于所述信号接收器所含透镜的光轴上。
10.如权利要求9所述的镀膜机，其特征在于：所述激光测量模组还包括辅正板，所述辅正板用于遮挡部分蒸发源，且所述激光光源安装在所述辅正板上。
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