CN116005123A - 真空镀膜设备及其镀膜控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种真空镀膜设备及其镀膜控制方法，所述设备包括：真空腔室，内置有连接控制系统的产品转盘、溅射系统以及离子源；光谱检测装置，连接至控制系统，用于在镀膜过程中检测镀膜产品的光谱能量数据并上报至控制系统；控制系统，用于控制产品转盘、溅射系统以及离子源的运行，采集光谱检测装置检测的光谱能量数据并计算镀膜产品的实时透射率，在膜层厚度接近目标厚度时，基于实时透射率预测出已镀膜的实际厚度；依据实际厚度计算换层判停时间并输出换层判停指令进行换层操作，直至完成所有膜层的镀膜；该技术方案，极大提升了换层判停精度，特别是层数较多的镀膜中，避免了镀膜层数增加所带来的误差累积，提升了镀膜产品的膜层质量。

Description

真空镀膜设备及其镀膜控制方法

技术领域

本申请涉及镀膜技术领域，特别是一种真空镀膜设备及其镀膜控制方法。

背景技术

在真空镀膜技术行业中，往往需要对产品镀上多层膜以达到所需使用功能，以制备光学器件为例，光学薄膜由多层高精度的膜层构成，膜层的实际厚度与理论厚度出现偏差时，会明显影响光学器件的实际光谱指标，因此在镀膜时，真空镀膜设备必须准确地控制各层膜层厚度，否则会严重影响镀膜产品质量。

现有的真空镀膜设备，以离子束溅射镀膜设备为例，在对光学器件进行镀膜时，通常是采用宽光谱扫描法进行膜厚监控，以评价函数方法进行透射率监控，由于评价函数在得到透射率误差极小值之后才会延迟发出判停指令，因此在作出换层判停时必然会产生延迟，而且光谱仪探测器各像元随机噪声也会带来误差，对于层数较多的光学薄膜时，这种误差会累积越来越大，使得镀膜的产品的实际光谱特性与目标光谱特性相差更大，严重时导致产品完全无法使用，因此，有必要对真空镀膜设备进行改进，以确保镀膜产品的膜层质量。

发明内容

基于此，有必要针对上述之一的技术缺陷，提供一种真空镀膜设备及其镀膜控制方法，提升镀膜质量。

一种真空镀膜设备，包括：

真空腔室，内置有连接控制系统的产品转盘、溅射系统以及离子源，其中，所述产品转盘用于安装镀膜产品，所述溅射系统安装靶材并溅射镀膜材料，所述离子源用于辅助薄膜沉积；

光谱检测装置，连接至控制系统，用于在镀膜过程中检测所述镀膜产品的光谱能量数据并上报至控制系统；

控制系统，用于控制产品转盘、溅射系统以及离子源的运行，采集所述光谱检测装置检测的光谱能量数据并计算镀膜产品的实时透射率，在膜层厚度接近目标厚度时，基于实时透射率预测出已镀膜的实际厚度；依据所述实际厚度计算换层判停时间并输出换层判停指令进行换层操作，直至完成所有膜层的镀膜。

在一个实施例中，所述光谱检测装置包括设于产品转盘两侧的光源和光谱仪；其中，所述光源输出不同波长的测试光，所述光谱仪用于检测光谱能量数据并上报至控制系统；

所述控制系统包括：上位机、运动控制板以及光学控制板；其中，所述产品转盘通过驱动电机进行驱动，所述运动控制板分别连接上位机和光谱仪，所述光谱仪通过光学控制板连接至上位机；

所述上位机分别与所述运动控制板和光学控制板进行通信交互；

所述光学控制板与光谱仪进行通信交互；

所述运动控制板通过所述驱动电机控制所述产品转盘旋转，以及触发光谱仪检测光谱能量数据。

在一个实施例中，所述光学控制板，用于从光谱仪采集所述光谱检测装置检测的光谱能量数据并上传上位机，在膜层厚度接近目标厚度时从上位机获取透射率曲线并实时预测出已镀膜的实际厚度，以及依据所述实际厚度计算换层判停时间并上传至上位机；

所述运动控制板，用于接收上位机下发的控制指令控制驱动电机使得产品转盘旋转或停止，实时监测产品转盘的角度位置并在指定角度触发光谱仪检测光谱能量数据；

所述上位机，用于控制产品转盘、溅射系统以及离子源的运行，接收光学控制板上报的光谱能量数据并拟合出镀膜产品的透射率曲线，接收光学控制板上报的换层判停时间并根据换层判停时间输出换层判停指令进行换层操作。

在一个实施例中，所述产品转盘包括公转盘和均匀分布于公转盘上的多个工件盘；其中，

所述工件盘用于安装镀膜产品；

所述工件盘旋转轴上设有通孔，所述光源输出的测试光穿过所述通孔被光谱仪接收，至少一个所述通孔位置处设置监控片，至少一个所述通孔位置设置处于通透状态。

一种真空镀膜设备的镀膜控制方法，应用于上述的真空镀膜设备，其特征在于，包括：

控制真空镀膜设备进行初始化；

控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序；

对当前膜层进行镀膜，实时预测出已镀膜的实际厚度，计算换层判停时间并输出换层判停指令；

控制所述真空镀膜设备进行换层操作，对下一层膜层进行镀膜；

完成镀膜工艺中的所有膜层。

在一个实施例中，所述控制真空镀膜设备进行初始化，包括：

上位机发送初始化指令至运动控制板，驱动电机运转将产品转盘转回原点并静止；

上位机向光学控制板发送镀膜工艺文件加载指令，加载镀膜工艺文件并保存；

所述控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序，包括：

上位机通知运动控制板驱动产品转盘以设定角速度旋转；

在产品转盘旋转角速度稳定后，上位机通知离子源和溅射系统启动，并且在离子源进入正常工作态后，通知光学控制板进入离子束镀膜程序，选择当前镀膜层数和初始化定时器。

在一个实施例中，所述控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序之前，还包括：

上位机向光学控制板发送圆周光谱曲线上报请求并通知运动控制板控制产品转盘定速旋转；

运动控制板以设定的周期触发光谱仪测量不同波长对应的光谱能量数据并上报至上位机；

上位机根据不同波长对应的光谱能量数据绘制圆周光谱曲线，计算所述指定角度位置发送至运动控制板；其中，所述指定角度位置为圆周光谱曲线上光谱能量最低值、光谱能量最高值以及实时光谱能量值所对应的角度位置。

在一个实施例中，所述实时预测出已镀膜的实际厚度，计算换层判停时间并输出换层判停指令，包括：

在镀膜过程中，运动控制板控制产品转盘以定速旋转，当旋转到指定角度位置时触发光谱仪检测光谱能量数据；

光学控制板实时采集产品转盘每旋转一圈光谱仪测量的光谱能量数据，根据所述光谱能量数据实时计算各个波长点的透射率数组并上传至上位机；

上位机根据透射率数组拟合出透射率曲线；

光学控制板实时计算当前时刻已镀膜的估计厚度，当所述估计厚度达到目标厚度的设定比例时，采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正得到实际厚度并计算换层判停时间，将所述换层判停时间上报至上位机；

上位机在换层判停时间到达时输出换层判停指令。

在一个实施例中，所述采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正得到实际厚度并计算换层判停时间，包括：

从镀膜工艺文件中获取目标厚度，根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算当前已镀膜的估计厚度；

从上位机读取透射率曲线并计算当前的实际透射率，计算估计厚度对应的透射率及其与实际透射率之间的透射率差值；

随机生成厚度更新值，并利用厚度更新值对所述估计厚度进行迭代搜索得到实际厚度；

根据所述实际厚度计算当前时刻距离换层处的换层判停时间，若所述换层判停时间大于光谱仪检测的采样周期，则在下一个采样周期到来之前，继续计算实际厚度；

若所述换层判停时间小于等于所述采样周期，则在换层判停时间到达后输出换层判停指令。

在一个实施例中，所述控制所述真空镀膜设备进行换层操作，对下一层膜层进行镀膜，包括：

上位机通知离子源关闭，发送换层判停指令至光学控制板停止光谱仪，对定时器复位，并通知运动控制板驱动产品转盘切换溅射靶材，准备下一层镀膜。

上述真空镀膜设备及其镀膜控制方法，通过光谱检测装置在镀膜过程中检测膜产品的光谱能量数据并上报至控制系统，控制系统利用采集的光谱能量数据计算镀膜产品的实时透射率，在膜层厚度接近目标厚度时，基于实时透射率预测出已镀膜的实际厚度并计算换层判停时间，再输出换层判停指令进行换层操作，直至完成所有膜层的镀膜；该技术方案，在镀膜过程中，利用了镀膜产品的实时透射率和估计厚度最终预测出实际厚度，从而可以更加准确的接近最佳换层位置，极大提升了换层判停精度，特别是层数较多的镀膜中，避免了镀膜层数增加所带来的误差累积，提升了镀膜产品的膜层质量。

附图说明

图1是一个实施例的真空镀膜设备结构示意图；

图2是另一个实施例的真空镀膜设备结构示意图；

图3是一个示例的产品转盘结构示意图；

图4是一个实施例的真空镀膜设备镀膜控制方法流程图；

图5是一个示例的圆周光谱曲线图；

图6是一个示例的透射率曲线示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

参考图1所示，图1是一个实施例的真空镀膜设备结构示意图，如图中主要包括真空腔室100、光谱检测装置20和控制系统30，其中：

对于真空腔室100，其内置有连接控制系统30的产品转盘11、溅射系统12以及离子源13，其中产品转盘11用于安装镀膜产品，所述溅射系统12安装靶材并溅射镀膜材料，所述离子源13用于辅助薄膜沉积。

对于光谱检测装置20，连接至控制系统30，用于在镀膜过程中检测所述镀膜产品的光谱能量数据并上报至控制系统30。

对于控制系统30，可以用于控制产品转盘11、溅射系统12以及离子源13的运行，采集光谱检测装置20检测的光谱能量数据并计算镀膜产品的实时透射率，在膜层厚度接近目标厚度时，基于实时透射率预测出已镀膜的实际厚度；依据所述实际厚度计算换层判停时间并输出换层判停指令进行换层操作，直至完成所有膜层的镀膜。

在一个实施例中，参考图2所示，图2是另一个实施例的真空镀膜设备结构示意图；如图中，光谱检测装置20包括设于产品转盘11两侧的光源21和光谱仪22，其中光源21输出不同波长的测试光，光谱仪22用于检测光谱能量数据并上报至控制系统30。

如图2所示，控制系统30可以包括上位机31、运动控制板32以及光学控制板33；其中产品转盘11通过驱动电机进行驱动，驱动电机通过串口通信方式连接运动控制板32，运动控制板32可以分别通过串口通信方式连接上位机31以及通过I/O接口连接光谱仪22，光谱仪22可以通过网线连接光学控制板33，光学控制板33可以通过USB连接至上位机31，上位机31通过串口通信方式连接离子源13。

在镀膜控制中，上位机31分别与运动控制板32和光学控制板33进行通信交互，光学控制板33与光谱仪22进行通信交互，运动控制板32通过驱动电机控制产品转盘11旋转，以及触发光谱仪22检测光谱能量数据。

优选的，对于上述实施例的真空镀膜设备的上位机31、运动控制板32以及光学控制板33，其实现功能进一步可以如下：

对于光学控制板33，可以用于从光谱仪22采集所述光谱检测装置20检测的光谱能量数据并上传上位机31，在膜层厚度接近目标厚度时从上位机31获取透射率曲线并实时预测出已镀膜的实际厚度，以及依据所述实际厚度计算换层判停时间并上传至上位机31。

对于运动控制板32，可以用于接收上位机31下发的控制指令控制驱动电机使得产品转盘11旋转或停止，实时监测产品转盘11的角度位置并在指定角度触发光谱仪22检测光谱能量数据。

对于上位机31，可以用于控制产品转盘11、溅射系统12以及离子源13的运行，接收光学控制板33上报的光谱能量数据并拟合出镀膜产品的透射率曲线，接收光学控制板33上报的换层判停时间并根据换层判停时间输出换层判停指令进行换层操作。

在一个实施例中，对于产品转盘11的结构设计，可以包括公转盘和均匀分布于公转盘上的多个工件盘，其中工件盘用于安装镀膜产品，工件盘旋转轴上设有通孔，光源21输出的测试光穿过所述通孔被光谱仪22接收，至少一个所述通孔位置处设置监控片，至少一个所述通孔位置设置处于通透状态。

参考图3所示，图3是一个示例的产品转盘11结构示意图，图中为四个工件盘，在产品转盘11的监控片安装位置的通孔中至少一个位置放置监控片，并保留至少一个位置处于通透状态，图中黑色位置的通孔为安装监控片的通孔，其他三个通孔为通透状态；在使用中，光源21输出的测试光穿过通孔后由光谱仪22接收；在产品转盘11旋转过程中，当安装监控片的通孔经过测试光时，光谱仪22可以接收测试光穿透监控片之后的光谱能量，当通透状态的通孔经过测试光时，理论上光谱仪22可以接收测试光百分之百的光谱能量，由此就可以计算监控片的透过率；而当其他部位经过测试光时，测试光被完全遮挡，此时光谱仪22检测的光谱能量最低。

如上实施例的技术方案，在镀膜过程中，利用了镀膜产品的实时透射率和估计厚度最终预测出实际厚度，从而可以更加准确的接近最佳换层位置，极大提升了换层判停精度，特别是层数较多的镀膜中，避免了镀膜层数增加所带来的误差累积，提升了镀膜产品的膜层质量。

基于本申请提供的真空镀膜设备的，下面阐述真空镀膜设备的镀膜控制方法的实施例。

参考图4所示，图4是一个实施例的真空镀膜设备镀膜控制方法流程图，主要包括如下步骤：

(1)控制真空镀膜设备进行初始化。

在一个实施例中，初始化过程可以如下：

上位机31发送初始化指令至运动控制板32，驱动电机运转将产品转盘11转回原点并静止；上位机31向光学控制板33发送镀膜工艺文件加载指令，加载镀膜工艺文件并保存；在初始化后，产品转盘11和溅射靶材都转回原点，同时离子源13初始化，定时器复位。

具体的，开始镀膜或者每次镀完一个膜层后进入初始化状态时，上位机31将定时器初始化为0，运动控制板32驱动电机将产品转盘11转回原点，将溅射靶材转到0度，然后上位机31向光学控制板33发送镀膜工艺文件加载指令，光学控制板33加载镀膜工艺文件，得到基底光学导纳η₀、参考波长λ_D、镀膜层数K、期望的物理厚度d_k(k＝1，2，…，K)以及镀膜材料光学导纳η_k等等。

(2)控制产品转盘11定速旋转并启动离子源13和溅射系统12进入镀膜程序。

在一个实施例中，在进入镀膜程序之前，需要确定被监控的镀膜产品的角度位置，便于在后续的膜厚监测中准确地触发光谱仪22采集光谱能量数据；据此，步骤(2)还可以包括如下步骤：

S201，上位机31还可以向光学控制板33发送圆周光谱曲线上报请求并通知运动控制板32控制产品转盘11定速旋转。

具体的，上位机31通过运动控制板32控制产品转盘11以ωrad/s的角速度进行匀速旋转，每旋转1°通过光谱仪22检测不同波长λ_i(i＝1，2，…，m)对应的光谱能量j(λ_i,θ)，θ＝1°，2°，…，360°。

S202，运动控制板32以设定的周期触发光谱仪22测量不同波长对应的光谱能量数据并上报至上位机31。

具体的，运动控制板32在产品转盘11每旋转1°采样一次光谱仪22检测的光谱能量数据，因此在旋转一周360°的范围内，可以采集360组光谱仪22检测的不同波长的光谱能量数据。

S203，上位机31根据不同波长对应的光谱能量数据绘制圆周光谱曲线，计算光谱能量最低值、光谱能量最高值以及实时光谱能量值所对应的指定角度位置发送至运动控制板32。

具体的，上位机31选取一个参考波长λ_D，在产品转盘11旋转完一整圈后，从光学控制板33获取360组采样的光谱能量数据，在坐标系上拟合出参考波长λ_D随角度θ变化的圆周光谱曲线。

如图5所示，图5是一个示例的圆周光谱曲线图，参考波长λ_D的光谱能量曲线的介于光谱能量最高值与光谱能量最低值之间的光谱能量居中值的角度位置处，确定光谱能量最低值为能量J_b，光谱能量最高值为能量J_w，介于光谱能量最高值与光谱能量最低值之间的光谱能量居中值为能量J_t，据此，根据圆周光谱曲线即可确定指定角度位置θ_t。

在确定指定角度位置之后，步骤(2)还可以包括如下步骤：

S204，上位机31通知运动控制板32驱动产品转盘11以设定角速度旋转；具体的，在整个镀膜过程中，上位机31可以控制产品转盘11以ωrad/s的角速度进行旋转。

S205，在产品转盘11旋转角速度稳定后，上位机31通知离子源13和溅射系统12启动，并且在离子源13进入正常工作态后，通知光学控制板33进入离子束镀膜程序，选择当前镀膜层数和初始化定时器。

具体的，在离子源13进入正常工作态，光学控制板33开始执行离子束镀膜程序，假设当前镀膜层数为k＝1，初始化定时器为t＝0，且在镀完当前膜层后进行判停换层切换至下一层膜层。

(3)对当前膜层进行镀膜，实时预测出已镀膜的实际厚度，计算换层判停时间并输出换层判停指令。

在一个实施例中，为了得到镀膜产品的实时透射率，在镀膜过程中，步骤(3)可以包括如下步骤：

S301，在镀膜过程中，运动控制板32控制产品转盘11以定速旋转，当旋转到指定角度位置时触发光谱仪22检测光谱能量数据。

具体的，运动控制板32控制产品转盘11以ωrad/s的角速度进行匀速旋转，在光谱能量为J_b、J_w和J_t时刻，运动控制板32触发光谱仪22检测光谱能量数据。

S302，光学控制板33实时采集产品转盘11每旋转一圈光谱仪22测量的光谱能量数据，根据所述光谱能量数据实时计算各个波长点的透射率数组并上传至上位机31。

具体的，在每层镀膜膜层时，产品转盘11需要旋转多圈，在产品转盘11每旋转一圈后，光学控制板33可以从光谱仪22采集到多个波长点的光谱能量数据，并可以计算当前圈数对应的透射率数组。

由此，可以形成旋转圈数μ及其对应的多个波长下的透射率数组，光学控制板33将透射率数组上报至上位机31。

S303，上位机31根据透射率数组拟合出透射率曲线。

具体的，上位机31利用透射率数组可以拟合出透射率曲线，如图6所示，图6是一个示例的透射率曲线示意图，上位机31可以逐圈拟合出目标产品的波长-透射率曲线，并保持持续更新，以供光学控制板33进行调用。

S304，光学控制板33实时计算当前时刻已镀膜的估计厚度。

具体的，光学控制板33利用已知的镀膜速率以及镀膜时间计算镀膜膜层当前时刻已镀膜的估计厚度；比如采用离子束溅射镀膜机进行镀膜时，薄膜沉积速率v比较稳定，因此可以计算当前时刻的估计厚度d_est，计算公式如下：

d_est＝v·t              (1)

如上所述，薄膜沉积速率v，时间t可以从定时器实时读数，由此可以计算出当前时刻的估计厚度。

S305，当所述估计厚度达到目标厚度的设定比例时，采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正得到实际厚度。

例如，当d_est≥a·d_k时，其中a为比例系数，取a＝99％，然后根据光谱仪22采集的光谱能量数据计算出目标产品的实时透射率T_real，再采用随机搜索方法对估计厚度d_est进行迭代更新得到实际厚度d_real。

在一个实施例中，对于光学控制板33采用随机搜索方法获取实际厚度的方法，可以包括如下步骤：

(a)利用理论透射率计算函数计算估计厚度对应的透射率及其与实际透射率之间的基准透射率差值。

例如，利用理论透射率计算函数计算估计厚度d_est对应的基准透射率T_est1，并根据光谱仪22检测的光谱能量数据计算实际透射率T_real。

光学控制板33可以从上位机31获取透射率曲线，如图6中，假设当前上位机31当前最新拟合为圈数μ＝3的透射率曲线，光学控制板33调用透射率曲线可以计算当前时刻的实际透射率。

对于理论透射率计算函数，其计算方法可以根据指定波长λ_i下的基底光学导纳η₀、参考波长λ_D、镀膜层数K、目标厚度d_k(k＝1，2，…，K)以及镀膜材料光学导纳η_k来计算膜层厚度对应的透射率T_est。

由此，通过上述理论透射率计算函数可以计算基准透射率T_est1，然后计算基准透射率T_est1与实际透射率T_real之间的基准透射率差值f₁，作为基准透射率差值。

(b)基于所述估计厚度随机生成厚度更新值。

对于生成厚度更新值方法，可以根据估计厚度d_est、更新迭代步长Δ_step以及设定范围内的随机数生成厚度更新值d_temp。

(c)利用所述理论透射率计算函数计算所述厚度更新值对应的透射率及其与实际透射率之间的更新透射率差值。

具体的，根据厚度更新值d_temp并以d_temp替换d_est计算出更新透射率T_est2，然后根据实际透射率T_real计算更新透射率差值f₂。

(d)利用厚度更新值对所述估计厚度进行迭代搜索得到实际厚度。

作为实施例，对于迭代更新可以包括如下步骤：

①在设定的厚度寻优范围d_lim、更新迭代步长Δ_step及其更新系数h、以及最大迭代次数N的迭代条件下，比较更新透射率差值f₂与基准透射率差值f₁。

②当所述更新透射率差值小于或等于所述基准透射率差值时，利用所述厚度更新值更新所述估计厚度，并利用所述更新透射率差值更新基准透射率差值。

具体的，当f₂≤f₁且厚度更新值，且在厚度寻优范围d_lim内时，说明当前搜索方向是正确的，利用d_temp更新作为基准值的d_est，并利用f₂更新f₁，然后计算厚度更新值d_temp并进行下一次迭代计算。

③当所述更新透射率差值大于所述基准透射率差值时，不更新所述估计厚度，根据所述迭代步长更新系数调小迭代步长。

④重复利用随机生成的厚度更新值迭代更新所述估计厚度，直至达到最大迭代次数时得到当前已镀膜的实际厚度。

在达到最大迭代次数N之前，重复执行迭代搜索过程，并在①-③的判断过程中不断搜索新的厚度更新值d_temp，不断接近于当前镀膜膜层的真实物理厚度，当更新次数达到最大迭代次数N时，将当前计算的厚度更新值d_temp作为实际厚度d_real。

上述技术方案，光学控制板33通过利用随机搜索与理论透射率计算相结合的方法，对估计厚度进行更新迭代，准确地计算得到接近于真实物理厚度的实际厚度。

S306，根据实际厚度计算换层判停时间并将所述换层判停时间上报至上位机31。

具体的，光学控制板33利用离子束溅射镀膜机的沉积速率稳定的特性，调用公式(1)并代入更新后得到的实际厚度d_real，实时计算当前时刻距离最佳换层处的换层判停时间t_est。

为了避免将产品转盘11上的镀膜产品甩飞，一般设定产品转盘11的转速不能过快，对应的光谱仪22的采样周期不能设置过小，换层判停时间在光谱仪22两次采样间隔之内再进行换层判停，避免单层误差的累计。

据此，在一个实施例中，考虑到实际厚度d_real是通过光谱仪22周期采样光谱能量数据得到，因此，为了提高输出换层判停指令的准确性，当换层判停时间t_est超过一个采样周期时，可以在下一个采样周期时计算实际厚度d_real和换层判停时间t_est，然后再进行计时和等待，具体的，该技术方案可以如下：

①根据离子束溅射镀膜工艺的产品转盘11的旋转角速度计算光谱仪22检测的采样周期。

例如，由于产品转盘11是以ωrad/s的角速度进行旋转，光谱仪22在产品转盘11经过一圈时采集一次光谱能量数据，因此光谱仪22的采样周期为

②若所述换层判停时间大于所述采样周期，则在下一个采样周期到来之前，继续采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的实际厚度。

具体的，当t_est>T_S时，说明在换层前光谱仪22还可以采集一次光谱能量数据，因此可以延迟到下一个采样周期内再进行换层，此时在光谱仪22采样到光谱能量数据后重复修正得到前膜层已镀膜的实际厚度，直至t_est<T_S时再进行换层。

③若所述换层判停时间小于等于所述采样周期，则在换层判停时间到达后输出换层判停指令。

具体的，当t_est<T_S时，说明换层判停时间在当前的采样周期内，因此，光学控制板33将换层判停时间t_est上报给上位机31。

S307，上位机31在换层判停时间到达时输出换层判停指令。

具体的，上位机31可以在计算得到换层判停时间t_est后，通过计时器进行计时，在等待时间t_est之后即输出换层判停指令进行换层。

(4)控制所述真空镀膜设备进行换层操作，对下一层膜层进行镀膜。

作为实施例，对于输出换层操作，可以由上位机31通知离子源13关闭，发送换层判停指令至光学控制板33停止光谱仪22，对定时器复位，并通知运动控制板32驱动产品转盘11切换溅射靶材，准备下一层镀膜。

(5)完成镀膜工艺中的所有膜层。

具体的，如果是在进行多层光学薄膜的镀膜，上位机31还可以控制定时器进行复位，，关闭离子源13、光谱仪22的监控、提示切换溅射靶材，令k＝k+1，准备下一个膜层的镀膜过程，直至所有膜层镀膜完毕。

综合上述实施例，本申请提供的技术方案，可以在镀膜过程提升多层镀膜时的换层判停精度，提升镀膜质量。特别是应用于基于宽光谱膜厚监控的光学设备镀膜中，可以避免换层判停点的延时缺陷，抑制了镀膜层数增加所带来的误差累积，保证了光学薄膜产品的光谱特性，而且该技术方案可以使得镀膜工艺的重复性完全满足工业生产要求，在真空镀膜行业中具有重要的推广意义。该技术方案在目前应用实例中，极大提升了光学薄膜产品的质量，各种光谱指标参数相对于常规技术都有大幅度提升，特别是针对于多层镀膜的光学薄膜产品中，各层膜层的光谱指标参数与设计指标非常相近，效果明显。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种真空镀膜设备，其特征在于，包括：

真空腔室，内置有连接控制系统的产品转盘、溅射系统以及离子源，其中，所述产品转盘用于安装镀膜产品，所述溅射系统安装靶材并溅射镀膜材料，所述离子源用于辅助薄膜沉积；

光谱检测装置，连接至控制系统，用于在镀膜过程中检测所述镀膜产品的光谱能量数据并上报至控制系统；

控制系统，用于控制产品转盘、溅射系统以及离子源的运行，采集所述光谱检测装置检测的光谱能量数据并计算镀膜产品的实时透射率，在膜层厚度接近目标厚度时，基于实时透射率预测出已镀膜的实际厚度；依据所述实际厚度计算换层判停时间并输出换层判停指令进行换层操作，直至完成所有膜层的镀膜。

2.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述光谱检测装置包括设于产品转盘两侧的光源和光谱仪；其中，所述光源输出不同波长的测试光，所述光谱仪用于检测光谱能量数据并上报至控制系统；

所述控制系统包括：上位机、运动控制板以及光学控制板；其中，所述产品转盘通过驱动电机进行驱动，所述运动控制板分别连接上位机和光谱仪，所述光谱仪通过光学控制板连接至上位机；

所述上位机分别与所述运动控制板和光学控制板进行通信交互；

所述光学控制板与光谱仪进行通信交互；

所述运动控制板通过所述驱动电机控制所述产品转盘旋转，以及触发光谱仪检测光谱能量数据。

3.根据权利要求2所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述光学控制板，用于从光谱仪采集所述光谱检测装置检测的光谱能量数据并上传上位机，在膜层厚度接近目标厚度时从上位机获取透射率曲线并实时预测出已镀膜的实际厚度，以及依据所述实际厚度计算换层判停时间并上传至上位机；

所述运动控制板，用于接收上位机下发的控制指令控制驱动电机使得产品转盘旋转或停止，实时监测产品转盘的角度位置并在指定角度触发光谱仪检测光谱能量数据；

所述上位机，用于控制产品转盘、溅射系统以及离子源的运行，接收光学控制板上报的光谱能量数据并拟合出镀膜产品的透射率曲线，接收光学控制板上报的换层判停时间并根据换层判停时间输出换层判停指令进行换层操作。

4.根据权利要求3所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述产品转盘包括公转盘和均匀分布于公转盘上的多个工件盘；其中，

所述工件盘用于安装镀膜产品；

所述工件盘旋转轴上设有通孔，所述光源输出的测试光穿过所述通孔被光谱仪接收，至少一个所述通孔位置处设置监控片，至少一个所述通孔位置设置处于通透状态。

5.一种真空镀膜设备的镀膜控制方法，应用于权利要求1-4任一项所述的真空镀膜设备，其特征在于，包括：

控制真空镀膜设备进行初始化；

控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序；

对当前膜层进行镀膜，实时预测出已镀膜的实际厚度，计算换层判停时间并输出换层判停指令；

控制所述真空镀膜设备进行换层操作，对下一层膜层进行镀膜；

完成镀膜工艺中的所有膜层。

6.根据权利要求5所述的真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于，所述控制真空镀膜设备进行初始化，包括：

上位机发送初始化指令至运动控制板，驱动电机运转将产品转盘转回原点并静止；

上位机向光学控制板发送镀膜工艺文件加载指令，加载镀膜工艺文件并保存；

所述控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序，包括：

上位机通知运动控制板驱动产品转盘以设定角速度旋转；

在产品转盘旋转角速度稳定后，上位机通知离子源和溅射系统启动，并且在离子源进入正常工作态后，通知光学控制板进入离子束镀膜程序，选择当前镀膜层数和初始化定时器。

7.根据权利要求6所述的真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于，所述控制产品转盘定速旋转并启动离子源和溅射系统进入镀膜程序之前，还包括：

上位机向光学控制板发送圆周光谱曲线上报请求并通知运动控制板控制产品转盘定速旋转；

运动控制板以设定的周期触发光谱仪测量不同波长对应的光谱能量数据并上报至上位机；

上位机根据不同波长对应的光谱能量数据绘制圆周光谱曲线，计算所述指定角度位置发送至运动控制板；其中，所述指定角度位置为圆周光谱曲线上光谱能量最低值、光谱能量最高值以及实时光谱能量值所对应的角度位置。

8.根据权利要求6所述的真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于，所述实时预测出已镀膜的实际厚度，计算换层判停时间并输出换层判停指令，包括：

在镀膜过程中，运动控制板控制产品转盘以定速旋转，当旋转到指定角度位置时触发光谱仪检测光谱能量数据；

光学控制板实时采集产品转盘每旋转一圈光谱仪测量的光谱能量数据，根据所述光谱能量数据实时计算各个波长点的透射率数组并上传至上位机；

上位机根据透射率数组拟合出透射率曲线；

光学控制板实时计算当前时刻已镀膜的估计厚度，当所述估计厚度达到目标厚度的设定比例时，采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正得到实际厚度并计算换层判停时间，将所述换层判停时间上报至上位机；

上位机在换层判停时间到达时输出换层判停指令。

9.根据权利要求8所述的真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于，所述采用随机搜索方法对所述估计厚度进行修正得到实际厚度并计算换层判停时间，包括：

从镀膜工艺文件中获取目标厚度，根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算当前已镀膜的估计厚度；

从上位机读取透射率曲线并计算当前的实际透射率，计算估计厚度对应的透射率及其与实际透射率之间的透射率差值；

随机生成厚度更新值，并利用厚度更新值对所述估计厚度进行迭代搜索得到实际厚度；

根据所述实际厚度计算当前时刻距离换层处的换层判停时间，若所述换层判停时间大于光谱仪检测的采样周期，则在下一个采样周期到来之前，继续计算实际厚度；

若所述换层判停时间小于等于所述采样周期，则在换层判停时间到达后输出换层判停指令。

10.根据权利要求9所述的真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于，所述控制所述真空镀膜设备进行换层操作，对下一层膜层进行镀膜，包括：

上位机通知离子源关闭，发送换层判停指令至光学控制板停止光谱仪，对定时器复位，并通知运动控制板驱动产品转盘切换溅射靶材，准备下一层镀膜。

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