CN113755806A - 反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机、监测方法及镀膜方法，包括监测片，以及安装在镀膜机门板上的反射率测量机构，所述镀膜机门板上设置有供所述反射率测量机构测量所述监测片的反射率的测量孔。通过设计监测片，在单层镀膜完成后对该监测片进行反射率光谱测量，得到该层镀膜实际厚度，从而可以及时地在单层镀膜完成后进行补镀或后续镀层优化，从而实现镀膜过程中的膜层优化和改善，有效提高镀膜的稳定性，降低废品率，提高镀膜质量。

Description

反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机及方法

技术领域

本发明涉及玻璃基板镀膜技术领域，尤其涉及一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机、监测方法及镀膜方法。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，车载显示模块日益增多，触控面板的导入已替代了绝大部分物理按键，因此车载玻璃盖板的镀膜需求也逐步增加，盖板产品的技术要求也变得越来越高。

目前车载盖板市场镀膜工艺要求以ARAF为主导，AR膜层具有提高玻璃透射率、降低玻璃反射率的作用，在实际运用中以减少电子视屏在环境光源下产生反光问题，使对比更强烈，景物图像更清晰。AF膜层特性是将有机氟化物材料沉积到基材上，使基材表面不仅具备较高的透过率而且还具有防水、耐磨等功能应用。

车载玻璃盖板制造中，ARAF成膜结果不仅需要满足上述光学特性，还需保证镀膜最终呈现颜色的一致性，因此薄膜厚度监测的准确性变得尤为重要。

当前盖板制造产业中，磁控溅射镀膜技术应用较为广泛，但膜厚监控几乎都以时间或晶振方式为主。这种监控方式的稳定性相对较差，镀膜厚度时常会存在一定偏差；因厚度的差异而导致光学指标及颜色重复性出现无规律的波动，给产品制造过程带来诸多的不确定因素。且这种监测方式需要在所有镀膜层结束后才能完成测量，无法在镀膜过程中实现膜层优化与改善。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机、监测方法及镀膜方法，以解决现有技术的镀膜方法产品稳定性差，且无法在镀膜过程中实现膜层优化与改善等技术问题。

一方面，本发明实施例所公开的一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，包括监测片，以及安装在镀膜机门板上的反射率测量机构，所述镀膜机门板上设置有供所述反射率测量机构测量所述监测片的反射率的测量孔。

进一步地，所述监测片通过固定机构安置在所述镀膜机内部的转架电机上，且与待镀膜的玻璃基板位于同一高度。

进一步地，所述固定机构包括挂板、固定盘，其中，所述挂板背面连接所述转架电机，所述挂板正面设置有用于安置所述固定盘的凹槽，所述监测片固定在所述固定盘上；所述监测片的高度与所述测量孔的高度相适配。

进一步地，所述固定机构还包括盖板；所述固定盘中心可旋转地固定在所述凹槽内，所述固定盘上周向地布置有多个固定位，多个所述监测片一一对应地固定在多个所述固定位中，所述盖板盖装在所述凹槽上，且与所述挂板固定连接，所述盖板上开设有可使其中一个所述监测片露出的缺口，所述缺口的高度与所述测量孔的高度相适配；

通过旋转驱动机构带动所述固定盘绕所述固定盘中心旋转。

进一步地，所述旋转驱动机构包括旋转电机和传动连接件；

所述镀膜机门板上开设有驱动轴孔，所述旋转电机的电机轴穿过所述驱动轴孔，并通过所述传动连接件固定连接所述固定盘的中心。

进一步地，所述固定盘上还周向地设置有定位孔，所述定位孔为多个且一一对应地设置在所述固定盘中心与多个所述固定位连线的延长线上，所述缺口可使所述定位孔露出。

另一方面，本发明实施例还公开了一种镀膜机，其包括上述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置。

第三方面，本发明实施例还公开了一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测方法，包括：

在镀膜机内部的旋转电机上安装可与待镀膜玻璃基板同一高度的监测片，通过在单层镀膜结束后测量所述监测片上的膜厚光谱曲线，计算出当前膜层的实际厚度。

第四方面，本发明实施例还公开了一种镀膜方法，包括：

步骤一 第N层镀膜结束后，控制转架电机旋转，至与玻璃基板同时完成第N层镀膜的监测片位于预定位置；

步骤二 通过反射率测量机构进行自动对焦，对焦完成后，对所述监测片进行反射率光谱测量，得到第N层膜厚光谱曲线，基于所述第N层膜厚光谱曲线，模拟第N层实际膜厚，与设计膜厚进行比较，得到膜厚差；

若所述膜厚差在第一预定范围，则进入步骤三；

若所述膜厚差在第二预定范围，则进入步骤四；

若所述膜厚差在第三预定范围，则进入步骤五；

步骤三 更换监测片，恢复转架电机旋转，进行第N+1层镀膜，直至最后一层镀膜结束；

步骤四 根据所述膜厚差进行厚度补偿或膜系优化后进入步骤三；

步骤五 结束镀膜，产品进行返修或报废处理；

其中，N为正整数。

进一步地，步骤四中，实际膜厚小于设计膜厚时，采用所述厚度补偿进行补镀；

实际膜厚大于设计膜厚时，采用所述膜系优化对后续膜层进行优化来弥补。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机、监测方法及镀膜方法，通过设计监测片，在单层镀膜完成后对该监测片进行反射率光谱测量，得到该层镀膜实际厚度，从而可以及时地在单层镀膜完成后进行补镀或后续镀层优化，从而实现镀膜过程中的膜层优化和改善，有效提高镀膜的稳定性，降低废品率，提高镀膜质量。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所公开的一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例所公开的一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置的剖视意图；

图3为本发明一实施例所公开的一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置的固定机构的结构示意图；

图4为本发明一实施例所公开的一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置的原理构造图；

图5为本发明一实施例所公开的一种镀膜方法的工艺流程图；

图6为本发明一实施例的膜厚80nm模拟监测差异对比图；

图7为本发明一实施例的膜厚80nm曲线拟合程度较差的结果图；

图8为本发明一实施例的监测片标准采样拟合结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明旨在提供一种精度较高、简洁实用的膜厚监测系统，同时配备相关监测方法及构造装置。

如图1-图4所示，本发明一些实施例公开了一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置及镀膜机，包括监测片1，以及安装在镀膜机门板3上的反射率测量机构2，所述镀膜机门板3上设置有供所述反射率测量机构2测量所述监测片1的反射率的测量孔，光纤转接头22可由此接入。本实施例通过安装在镀膜机门板3上的反射率测量机构2实现对镀膜机内部监测片1的反射率测量，从而得到该监测片1的反射率，进而获得该监测片1的实际膜层厚度。

即可在镀膜机门板3上设置CCD定位机构21、自动调焦机构、反射率测量系统，实际膜层厚度可通过膜厚拟合软件及主机控制系统完成，膜厚你和软件安装在主机控制系统内，通过主机控制系统控制镀膜机和反射率测量机构2进行反射率测量。其中，CCD定位机构21作用于观察监测片1是否到达指定位置，同时可视窗口可有效监测光路条件，排除过程移位或遮挡等不良因素。自动调焦机构作用于反射率测量前光斑的聚光，使其测量结果精准可靠。反射率测量系统(反射率测量机构2)用于测试当前层镀膜结束后监测片1上的膜厚光谱曲线，以实现运行过程中膜层的监测动作。光谱拟合软件用于实测光谱曲线的模拟，精准计算出当前膜层的实际厚度，同步关注分析材料的相关特性。主机控制系统用于分析比对实际膜厚与设计膜厚存在的差异，最终从实际结果判定当前条件是否可以进入下一层镀膜工艺。

本发明一些实施例所公开的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置及镀膜机，在上述实施例的基础上，所述监测片1通过固定机构4安置在所述镀膜机内部的转架电机上，且与待镀膜的玻璃基板位于同一高度。即镀膜过程中，该监测片1与待镀膜的玻璃基板同时进行镀膜，使得该监测片1能够准确地表示玻璃基板的镀膜情况。测量时，仅需要通过转架电机旋转，使该监测片1位于镀膜机门板3正对的位置，以方便测量。

本发明一些实施例所公开的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置及镀膜机，在上述实施例的基础上，所述固定机构4包括挂板41、固定盘42，其中，所述挂板41背面连接所述转架电机，所述挂板41正面412设置有用于安置所述固定盘42的凹槽411，所述监测片1固定在所述固定盘42上；所述监测片1的高度与所述测量孔的高度相适配。通过挂板41固定使得监测片1与玻璃基板的同一性更佳，监测片1与玻璃基板与旋转轴距离相同。

本发明一些实施例所公开的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置及镀膜机，在上述实施例的基础上，所述固定机构4还包括盖板43；所述固定盘中心421可旋转地固定在所述凹槽411内，所述固定盘42上周向地布置有多个固定位422，多个所述监测片1一一对应地固定在多个所述固定位422中，所述盖板43盖装在所述凹槽411上，且与所述挂板41固定连接，所述盖板43上开设有可使其中一个所述监测片1露出的缺口431，所述缺口431的高度与所述测量孔的高度相适配；通过旋转驱动机构5带动所述固定盘42绕所述固定盘中心421旋转。可以根据需要设置监测片1的数量，工作人员需要定期对监测片1进行更换,以确保最终数据结果的准确有效。

本实施例所公开的监测装置及镀膜机，通过设置可旋转的固定盘42，配合多个监测片1，实现了每一层镀膜更换一个监测片1，且仅需要内部旋转操作即可，不需要特别打开镀膜机门，保证镀膜工艺的稳定性和安全性。一些具体的实施方案中，所述旋转驱动机构5包括旋转电机51和传动连接件；所述镀膜机门板3上开设有驱动轴孔52，盖板43上还设置盖板孔432，以供驱动机构的驱动轴通过，所述旋转电机51的电机轴穿过所述驱动轴孔52，并通过所述传动连接件固定连接所述固定盘42的中心。传动连接件可通过键与固定盘中心421连接。通过这一结构设计，使得固定盘42的旋转可在门外进行手动控制，更有利于监测的顺利进行。

本发明一些实施例所公开的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置及镀膜机，在上述实施例的基础上，所述固定盘42上还周向地设置有定位孔423，所述定位孔423为多个且一一对应地设置在所述固定盘中心421与多个所述固定位422连线的延长线上，所述缺口431可使所述定位孔423露出。定位孔423的设置是为了方便地对监测片1是否到达指定位置进行确认。

本发明实施例种的固定机构(监测片放置机构)作用在于保证监测片安装后保持固有姿态且更换时能够实现稳定重复操作。运行时，固定机构的固定盘通过外置电机实现旋转，以满足镀膜层间切换时同步进行监测片的更换，从而实现每层换新的监测理念，同步提高相关数据的准确性。

本发明一些实施例还公开了一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测方法，其可采用上述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置进行，包括在镀膜机内部的旋转电机上安装可与待镀膜玻璃基板同一高度的监测片，通过在单层镀膜结束后测量所述监测片上的膜厚光谱曲线，计算出当前膜层的实际厚度。

本发明一些实施例还公开了一种镀膜方法，如图5所示，包括：

步骤一 第N层镀膜结束后，控制转架电机旋转，至与玻璃基板同时完成第N层镀膜的监测片位于预定位置；

步骤二 通过反射率测量机构进行自动对焦，对焦完成后，对所述监测片进行反射率光谱测量，得到第N层膜厚光谱曲线，基于所述第N层膜厚光谱曲线，模拟第N层实际膜厚，与设计膜厚进行比较，得到膜厚差；

若所述膜厚差在第一预定范围，则进入步骤三；

若所述膜厚差在第二预定范围，则进入步骤四；

若所述膜厚差在第三预定范围，则进入步骤五；

步骤三 更换监测片，恢复转架电机旋转，进行第N+1层镀膜，直至最后一层镀膜结束；

步骤四 根据所述膜厚差进行厚度补偿或膜系优化后进入步骤三；

步骤五 结束镀膜，产品进行返修或报废处理；

其中，N为正整数。步骤四中，实际膜厚小于设计膜厚时，采用所述厚度补偿进行补镀；实际膜厚大于设计膜厚时，采用所述膜系优化对后续膜层进行优化来弥补。

本发明一些实施例所公开的镀膜方法，其运行工艺流程为：

设备启动镀膜→第一层镀膜结束→转架电机停止旋转并移动至监测片测量固定角度→自动对焦→反射率光谱测量→模拟第一层实际膜厚→对比分析误差→判断下一步工艺方向→切换监测片至下一点位→恢复转架旋转→启动第二层镀膜工艺→第二层镀膜结束→转架停止旋转并移动至监测片测量固定角度……→镀膜工艺完成。

本发明是在成膜过程中通过层间的切换进行数据采集，可及时反馈出当前结束层膜厚的准确程度，从而由主机自动判定并迅速给出下一步指令。本发明装置运行前进行动作确认，保证动作的正确性。更换新的监测片，应确认正反面安装正确。监测片材质可选用Panda-MN228高铝硅玻璃，形状及尺寸根据需要设置，机构载片数量可进行特殊设计加工，最终目的在于满足镀膜层数的需求。监测片使用时分为正反两面，背面需要进行磨砂丝印处理，作用在于测量效果的精确程度，消除背面反射的干扰。另一方面也是为了统一测量标准，确保最终数据结果的重复稳定。监测片背面丝印油墨必须统一厂商与型号，不同批次产品应使用分光仪进行核对校准，确认正常再进行使用。如油墨需要更换，所有标准参数将进行重新制定。点检设备状态，确认转架动作与调焦装置运行正常。CCD启动进行定位校准，确认监测片位置与测量光路是否对位平行。

实施例

开启测量系统，打开光源及控制盒开关，静待15分钟预热时间，打开测量软件，设定标准测量参数，采集曲线样，拟合比对测量精准度，图8为监测片标注采样拟合结果图。

镀膜设备抽气准备→开启工艺流程进行镀膜→第一层镀膜结束；

真空镀膜腔室转架旋转停止，PLC程序控制使其移动至设定角度。

此步骤主要由转架电机带动旋转，编码器进行数据输出，移动到位后系统给予储存分析，其旋转精度可控制在0.1度。

下一步启动CCD，确认当前监测片位置是否准确，过程中系统可根据实际结果进行补偿调整，最终判定测量点移动到位。

CCD运行过程中主要通过监测片夹具上定位孔进行定位，如图3所示，此方式可有效监测转架的旋转精度及监测片机构切换动作的到位情况。上述动作主要目的在于确认监测片是否到达指定测量点位，后续采集过程转架需要保持绝对静止。

启动调焦机构，水平移动至测量点附近，等待测量软件对焦命令。

反射率测量系机构主要部件包括对物镜、光纤、反射率测量仪本体，测量光源可采用高亮度卤灯。反射率测量范围：380nm-800nm。测量探头工作环境处于真空状态，其部件主要由光纤与对物镜搭建而成，固定方式采用双杆支撑，以确保机构的平衡与稳定。

动作确认完成后，启动测量软件，设定标准测量参数，移动调焦机构，使其光斑完成聚光并稳定当前状态，点击软件对焦按钮并立即进行反射率数据采集，完成后主机将自动存储相关数据，测量探头退回原点位置。

采集完成后模拟软件也将同步导入实测数据且调出膜层前期调试样品标准曲线进行拟合对比，通过数据结果判定下步运行指令。

膜层厚度的拟合结果分为以下三种情况：

以标准膜厚举例：Nb2O5＝80nm。如图6所示，示例1曲线与标准完全重合，膜厚80nm无差异，系统指令：进入下一层工艺。示例2曲线对比标准偏短，实际膜厚结果为78nm，此时当前膜层需要进行补镀。

操作方式：通过当前膜厚得出相应成膜速率，计算补镀需要的时间重启工艺，直至时间结束重复上述步骤进行膜厚再确认，结果正常方可进入下一层工艺。

示例3曲线对比标准偏长，实际膜厚结果为82nm，此时系统需要进行膜系优化处理。

操作方式：根据实际光学要求优化整体膜系，优化前锁定当前层膜厚为82nm，待优化成功后重新设定其它层镀膜时间，进入下一层工艺。

如果此方式优化结果无法满足要求，产品需及时停止镀膜，进入下一步返修或报废处理。

上述三种示例为监测过程中常见现象，相应的处理办法已明确。其中示例2、3情况发生时，如偏差较大,应主动排查设备异常，及时进行工艺参数的校准与优化。

镀膜过程中设备需要反复执行上述步骤程序，直至工艺结束。

实际监测中可能会遇到模拟厚度相同，但曲线的拟合程度不高如图7所示。针对上述情况，主要因材料折射率发生变化所导致，此时可先对折射率进行模拟对比,确认差异程度,根据实际情况判定炉内产品是否继续完成工艺。同步暂停生产排查点检设备状态，对比确认LOG数据，查检工艺气体及ICP运行情况是否存在异常。等待设备排查处理后再进行相应材料的折射率与吸收确认，异常排除后方可进行首件测试并恢复正常生产。

测试结果如表1所示。

根据以上数据可以看出，本发明装置监测产品镀膜测试重复性OK，反射率及Lab数据范围稳定。本实施例解决了当前车载盖板玻璃镀膜炉间差异大，颜色分布差等问题，可以有效提升产品生产质量,稳定产品生产工艺。

综上所述，本发明实施例所公开的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置、镀膜机、监测方法及镀膜方法，精度较高、简洁实用的膜厚监测装置，在用于车载盖板玻璃镀膜时，可以实现膜层厚度的精准控制，有效改善炉间数据及颜色的差异性，更好的提升了膜层质量。同时过程中监测的方式可实现层间的优化和改善动作，也极大控制了产品因工艺原因所产生的不良。最后即使因设备原因导致差异超出预期无法进行弥补，立即中断也可为后续产品返修减小难度，降低报废率。

需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，包括监测片，以及安装在镀膜机门板上的反射率测量机构，所述镀膜机门板上设置有供所述反射率测量机构测量所述监测片的反射率的测量孔。

2.根据权利要求1所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，所述监测片通过固定机构安置在所述镀膜机内部的转架电机上，且与待镀膜的玻璃基板位于同一高度。

3.根据权利要求2所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，所述固定机构包括挂板、固定盘，其中，所述挂板背面连接所述转架电机，所述挂板正面设置有用于安置所述固定盘的凹槽，所述监测片固定在所述固定盘上；所述监测片的高度与所述测量孔的高度相适配。

4.根据权利要求3所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，所述固定机构还包括盖板；所述固定盘中心可旋转地固定在所述凹槽内，所述固定盘上周向地布置有多个固定位，多个所述监测片一一对应地固定在多个所述固定位中，所述盖板盖装在所述凹槽上，且与所述挂板固定连接，所述盖板上开设有可使其中一个所述监测片露出的缺口，所述缺口的高度与所述测量孔的高度相适配；

通过旋转驱动机构带动所述固定盘绕所述固定盘中心旋转。

5.根据权利要求4所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括旋转电机和传动连接件；

所述镀膜机门板上开设有驱动轴孔，所述旋转电机的电机轴穿过所述驱动轴孔，并通过所述传动连接件固定连接所述固定盘的中心。

6.根据权利要求4所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置，其特征在于，所述固定盘上还周向地设置有定位孔，所述定位孔为多个且一一对应地设置在所述固定盘中心与多个所述固定位连线的延长线上，所述缺口可使所述定位孔露出。

7.一种镀膜机，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的反射式磁控溅射镀膜厚度监测装置。

8.一种反射式磁控溅射镀膜厚度监测方法，其特征在于，包括：

在镀膜机内部的旋转电机上安装可与待镀膜玻璃基板同一高度的监测片，通过在单层镀膜结束后测量所述监测片上的膜厚光谱曲线，计算出当前膜层的实际厚度。

9.一种镀膜方法，其特征在于，包括：

步骤一 第N层镀膜结束后，控制转架电机旋转，使与玻璃基板同时完成第N层镀膜的监测片位于预定位置；

步骤二 通过反射率测量机构进行自动对焦，对焦完成后，对所述监测片进行反射率光谱测量，得到第N层膜厚光谱曲线，基于所述第N层膜厚光谱曲线，模拟第N层实际膜厚，与设计膜厚进行比较，得到膜厚差；

若所述膜厚差在第一预定范围，则进入步骤三；

若所述膜厚差在第二预定范围，则进入步骤四；

若所述膜厚差在第三预定范围，则进入步骤五；

步骤三 更换监测片，恢复转架电机旋转，进行第N+1层镀膜，直至最后一层镀膜结束；

步骤四 根据所述膜厚差进行厚度补偿或膜系优化后进入步骤三；

步骤五 结束镀膜，产品进行返修或报废处理；

其中，N为正整数。

10.根据权利要求9所述的镀膜方法，其特征在于，步骤四中，实际膜厚小于设计膜厚时，采用所述厚度补偿进行补镀；

实际膜厚大于设计膜厚时，采用所述膜系优化对后续膜层进行优化来弥补。

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