CN113866860B - 一种超薄晶圆光学窄带滤光片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄晶圆光学窄带滤光片及其制备方法，该窄带滤光片包括主膜层、基板、应力平衡层和副膜层，该窄带滤光片在基板和副膜层之间设置一层应力平衡层，该结构解决了正常工艺制备窄带膜层的厚度过厚问题，并避免基板副膜层面镀膜厚度过厚产生的翘曲问题，在保证窄带滤光片的光学性能的基础上，变得更加薄，解决了制备窄带滤光片一次成型避免多次成膜产生的膜层结合力不好或者膜层和基板之间有大颗粒浮尘。
Description
技术领域
本发明属于光学零件技术领域，具体涉及一种超薄晶圆光学窄带滤光片及其制备方法。
背景技术
窄带滤光片是一种可以用从复合光分离出某一波段单色光的光学器件，其被广泛的应用于各种高科技光电产业领域。
窄带滤光片的中心波长要求严格，半波宽度也有严格要求，一般为中心波长的5％左右，由光学薄膜理论知道，截止范围和截止深度的提升依赖于不断堆积膜层，所有截止长波通层膜厚远远大于主膜窄带层，以200m-800nm、900nm-1200nm截止范围，截止1％为例，正常镀制需要总厚度10um左右，并且在超薄基板上镀膜。一般来说，主膜层镀膜厚度远远大于副膜层镀膜厚度，镀制完成会产生应力，基板不规则翘曲，可用良率低，且做出的光学器件的结构较厚，制作成本偏高。
光学器件的总厚度随着光电领域的进一步的发展，光学器件日趋变薄是主要趋势，不仅节省结构空间，还能提高光学器件性能，但是随着光学器件的变薄，翘曲现象越发明显，因此需解决膜层厚度和翘曲问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超薄晶圆光学窄带滤光片及其制备方法，以解决现有技术中窄带滤光片镀膜易于发生基板扭曲形变、翘曲和裂片的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种超薄晶圆光学窄带滤光片，从一侧到另一侧包括依次堆叠设置的主膜层、基板、应力平衡层和副膜层；
所述主膜层为BPF，副膜层为LWPF，应力平衡层为SiO2；基板厚度为70um-100um时，应力平衡层的厚度为1.1um-1.5um；基板的厚度为150um-210um时，应力平衡层的厚度为1.7um-2um。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述主膜层的厚度≤3um。
优选的，所述副膜层的厚度≤2um。
优选的，窄带滤光片的厚度≤6.5um。
优选的，窄带滤光片的翘曲值＜0.5mm。
优选的，主膜层为窄带膜系；副膜层为长波通膜系。
一种上述的超薄晶圆光学窄带滤光片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，超声清洗基板；
步骤2，将基板至于镀膜仪器中，首先在基板的一侧镀膜应力平衡层，然后采用双面溅射镀膜，同时在应力平衡层外镀膜副膜层，在基板的另一侧镀膜主膜层。
优选的，步骤2中，溅射过程中，功率为4-KW。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种超薄晶圆光学窄带滤光片，该窄带滤光片包括主膜层、基板、应力平衡层和副膜层，该窄带滤光片在基板和副膜层之间设置一层应力平衡层，该结构解决了正常工艺制备窄带膜层的厚度过厚问题，并避免基板副膜层面镀膜厚度过厚产生的翘曲问题，在保证窄带滤光片的光学性能的基础上，变得更加薄，解决了制备窄带滤光片一次成型避免多次成膜产生的膜层结合力不好或者膜层和基板之间有大颗粒浮尘。
本发明还公开了一种超薄晶圆光学窄带滤光片的制备方法，该方法是一种全新的制备窄带的工艺制作方法，此种制备方法可以很好地抑制超薄晶圆的翘曲形成，并减少膜系设计厚度，该方法用于光学晶圆玻璃基板镀膜，尤其是超薄光学晶圆膜层制备，改善了超薄晶圆双面镀膜后的翘曲并降低了窄带膜层设计过厚问题，而且一次性制备窄带工艺，有效改善了镀膜行业内的基板外观问题，膜层结合力上也有所提升。
附图说明
图1为本发明的窄带滤光片结构图；
图2为本发明的主膜层面窄带光谱图；
图3为本发明的副膜层面长波通的光谱图；
图4为本发明的双面850BPF光谱图。
其中：1-主膜层；2-基板；3-应力平衡层；4-副膜层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种窄带滤光片的镀膜工艺，是一种双面磁控溅射镀膜工艺，制备窄带滤光片一次成型，而且解决了正常工艺制备窄带膜层的厚度过后问题，并避免基板副膜层面镀膜厚度过厚产生的翘曲问题，再保证窄带滤光片的光学性能的基础上，变得更加薄，解决了制备窄带滤光片一次成型避免多次成膜产生的膜层结合力不好或者膜层和基板之间有大颗粒浮尘。
参见图1，本发明的窄带滤光片包括从一侧到另一侧依次包括主膜层1、基板2、应力平衡层(平衡层厚度根据玻璃基板翘曲调节)3和副膜层4，基板2的厚度为270um-200um。
具体的制备方法：
步骤1，超声波清洗基板2，清除基板2表面浮尘。
步骤2，将基板2至于镀膜仪器中。
步骤2.1，在基板2的一面镀膜一层SiO2，形成应力平衡层3。
因主膜层1厚度大于副膜层4厚度，依照设计镀膜出来的基板2翘曲十分严重，主材料SiO2和基板2的群折射率接近，在基板2上镀膜一层SiO2,作为应力平衡层3，基板2的光学性能影响可以忽略不计，所以在副膜层4面可以镀膜平衡应力的SiO2膜层。
应力平衡层3的厚度是依据基板2的厚度和实际镀膜的翘曲程度来适当的增加或减小，基板2厚度在70um-100um，应力平衡层3厚度1.1um-1.5um；基板2厚度在150um-210um，应力平衡层3的厚度增加到1.7um-2um，增加应力平衡层3镀膜后翘曲值＜0.5mm。
步骤2.2，采用双面溅射镀膜，磁控上下俩对Si靶材同时工作，功率4-7KW，采用氢气发生器产生氢气，纯度高，使用安全，氢气量取25-32sccm之间，不断调试重复验证后，取折射率比较稳定的参数，计算SiH折射率，并设计膜系。
(参见图1为窄带膜层的结构图)。
根据分光要求，主膜层1面BPF光谱设计如图2所示：0°&20°840nm-860nm Tave＞90％，主膜层1面设计物理厚度小于2.8±2um。主膜层1面窄带膜系设计，具体的参数为：Sub/0.3L(HL2HLHL)^n0.3L/Air，其中H为SiH，代表高折射率材料，L为SiO2，代表低折射率材料，膜层结构：首层SiO2⑴第二层SiH(2)……依次累积SiO2n和SiHn+1。
如图3为副膜层4的设计光谱，副膜层面长波通膜系设计：Sub/0.3L(0.4H1.2L0.4H)^n0.3L/Air，H(SiH)高折射率材料，L(SiO2)折射率材料，膜层结构：首层SiO2⑴第二层SiH(2)……依次累积SiO2n和SiHn+1。副膜层4为LWPF，主要提升通带透过率，设计物理厚度1.7±2um，要求
下面为窄带滤光片膜层结构设计与镀制关系：
整个窄带滤光片分光特性规格要求：
波长区间范围：200nm-1200nm
半波宽度0°&20°50nm-55nm
平均透过＞90％，0°&20°840nm-860nm°
中心波长偏差：0°&20±5nm
中心波长:850nm
根据分光要求，设计光谱如图4所示。
经过多次反复验证，本发明的设计的窄带滤光片(双面窄带膜层)镀膜完成总厚度小于6.5um。
本发明为了解决翘曲问题，再不影响分光特性的情况下在副膜层4增加一层SiO2，经过不断调试SiO2厚度，最终可以解决基板2翘曲问题，有不影响膜系设计光谱曲线。
可以根据基板厚度规格要求及分光特性要求，适当的调节应力平衡层3的厚度，来达到解决翘曲的问题。本实施例采用高折射率SiH材料设计，减小了膜层物理厚度。采用靶材上下同时镀膜有效改善镀膜行业内外观问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超薄晶圆光学窄带滤光片，其特征在于，从一侧到另一侧包括依次堆叠设置的主膜层（1）、基板（2）、应力平衡层（3）和副膜层（4）；
所述主膜层（1）为BPF，副膜层为LWPF，应力平衡层（3）为SiO2；基板（2）厚度为 70um-100um时，应力平衡层（3）的厚度为1.1um-1.5um；基板（2）的厚度为150um-210um时，应力平衡层（3）的厚度为1.7um-2um；
窄带滤光片的翘曲值＜0.5mm；
主膜层（1）为窄带膜系；副膜层（4）为长波通膜系。
2.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆光学窄带滤光片，其特征在于，所述主膜层（1）的厚度≤3um。
3.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆光学窄带滤光片，其特征在于，所述副膜层（4）的厚度≤2um。
4.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆光学窄带滤光片，其特征在于，窄带滤光片的厚度≤6.5um。
5.一种权利要求1所述的超薄晶圆光学窄带滤光片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，超声清洗基板（2）；
步骤2，将基板（2）至于镀膜仪器中，首先在基板（2）的一侧镀膜应力平衡层（3），然后采用双面溅射镀膜，同时在应力平衡层（3）外镀膜副膜层（4），在基板（2）的另一侧镀膜主膜层（1）。
6.根据权利要求5所述的一种超薄晶圆光学窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤2中，溅射过程中，功率为4-7KW。
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