CN117867461A - 基于宽光谱监控的镀膜工艺方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，所述方法包括：安装待镀膜的工件及监控片；初始化并加载镀膜工艺；绘制圆周光谱曲线并定位监控片在产品转盘上的角度位置；镀膜工艺程序的自动执行；在镀膜过程中，实时采集监控片的光谱能量数据，拟合出当前膜层的真实厚度；并以此计算换层判停时间并触发换层判停逻辑；在换层后，对下一个膜层进行镀膜，直至完成镀膜工艺中的所有膜层。该技术方案，可以准确地定位到换层位置，避免了采用常规的以评价函数方法来控制换层的延时缺陷，可以确保成膜过程中对各个膜层厚度监控的精准度，特别是在多层镀膜时，能够显著减少换层误差累积，提升了光学薄膜产品的镀膜质量。

Description

基于宽光谱监控的镀膜工艺方法

本申请要求于2022年12月30日提交中国专利局、申请号为202211744081.7、发明名称为“基于宽光谱监控的镀膜工艺方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及真空镀膜技术领域，特别是一种基于宽光谱监控的镀膜工艺方法。

背景技术

随着高精度光学仪器和数码产品的高速发展，市场对制备光学器件的光学薄膜的精度要求越来越高；在光学薄膜的理论设计中，光学薄膜产品由多膜层构成，如果某一层薄膜的实际光学厚度与理论厚度出现偏差，便会造成实际光谱指标的偏差，导致无法获取满足特定指标要求的光学薄膜产品；因此，被精确控制的膜层厚度是光学薄膜产品关键指标，对于任何镀膜工艺来说，准确地控制各层光学薄膜厚度非常重要。

目前，业内的镀膜工艺普遍采用光电极值法和宽光谱扫描法来监控光学薄膜产品的镀膜过程；由于宽光谱扫描方法可以兼顾每个波长点的透射率，制备出符合设计要求的光学薄膜，是当前最有使用前景的技术，现有的宽光谱扫描法，一般是以评价函数方法进行透射率监控，以评价函数来控制换层。

然而，本申请的发明人发现，在镀膜工艺中，当采用宽光谱扫描方法监控薄膜沉积时，由于基于评价函数的方法，往往是在得到透射率误差极小值之后才会发出换层指令，使得实际换层点会有所延迟，特别是在制备层数较多的光学薄膜，这种延迟会不断累积，严重影响了镀膜质量。

发明内容

基于此，有必要针对上述之一的技术缺陷，提供一种基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，提升光学薄膜产品的镀膜质量。

一种基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，包括：

S1，将待镀膜的工件及监控片安装到真空腔室的产品转盘上；

S2，对各个部件进行初始化，并加载镀膜工艺文件；

S3，控制产品转盘定速旋转，读取光谱仪的光谱能量并绘制圆周光谱曲线，根据所述圆周光谱曲线确定监控片在产品转盘上的角度位置；

S4，控制所述产品转盘定速旋转，根据所述镀膜工艺文件进入镀膜程序；

S5，在镀膜过程中，根据所述角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据所述光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度；根据所述真实厚度计算换层判停时间，并触发换层判停逻辑进行换层；

S6，在换层后，执行步骤S5对下一个膜层进行镀膜，直至完成镀膜工艺中的所有膜层。

在一个实施例中，所述步骤S1的将监控片安装到产品转盘上，包括：

在产品转盘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；其中，光源输出的测试光穿过所述通孔后由光谱仪接收；

所述S2的进入初始化状态包括：将定时器初始化为0。

在一个实施例中，所述步骤S3包括：

控制所述产品转盘以设定角速度旋转；

开启光源以输出全波段测试光，读取光谱仪检测的光谱能量；

根据所述光谱能量获取多组旋转角度与光谱能量对应的采样光谱数据并绘制圆周光谱曲线；

根据所述圆周光谱曲线获取监控片在产品转盘上的角度位置；其中，所述监控片位于圆周光谱能量曲线中光谱能量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。

在一个实施例中，所述根据所述光谱能量获取多组旋转角度与光谱能量对应的采样光谱数据并绘制圆周光谱曲线，包括：

选取一个参考波长；

在旋转一周的范围内，每旋转1°读取光谱仪检测的光谱能量；

获取各个旋转角度与光谱能量对应的360组采样光谱数据；

将所述采样光谱数据绘制在旋转角度为横坐标、光谱能量为纵坐标的坐标系上，绘制出圆周光谱曲线。

在一个实施例中，所述步骤S6包括：

在换层判停后，关闭离子源，判断当前是否为最后一层；若是，停止镀膜工艺，否则根据镀膜工艺文件确定下一层膜层的镀膜材料，切换相应的靶材；然后执行步骤S5对切换后的膜层进行镀膜。

在一个实施例中，所述S5的根据所述角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据所述光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度，包括：

分别在光谱能量最高值、光谱能量最低值及光谱能量居中值对应的角度位置处采集光谱仪测量的实时光谱能量数据，并计算出对应的实时透射率；

根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算当前时刻已镀膜的估计物理厚度；

采用随机搜索方法并根据所述实时透射率对所述估计物理厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的真实物理厚度；

在一个实施例中，采用随机搜索方法并根据所述实时透射率对所述估计物理厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的真实物理厚度，包括：

利用理论透射率计算函数计算估计物理厚度对应的第一透射率及其与实时透射率之间的第一透射率差值；

随机生成厚度更新值；

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第二透射率及其与所述实时透射率之间的第二透射率差值；

利用所述厚度更新值及所述第一透射率差值和第二透射率差值更新所述估计物理厚度得到真实物理厚度。

在一个实施例中，所述利用所述厚度更新值及所述第一透射率差值和第二透射率差值更新所述估计物理厚度得到真实物理厚度，包括：

当所述第二透射率差值小于或等于所述第一透射率差值时，利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，并利用所述第一透射率差值更新第二透射率差值；

重复生成厚度更新值并利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，直至达到最大迭代次数时，得到当前已镀膜的真实物理厚度。

在一个实施例中，还包括：设置随机搜索方法的厚度寻优范围、更新迭代步长及其更新系数、以及最大迭代次数；

根据所述估计物理厚度、更新迭代步长以及设定范围内的随机数生成厚度更新值；

以及

当所述第二透射率差值小于等于所述第一透射率差值且所述厚度更新值在厚度寻优范围内时，利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，并利用所述第二透射率差值更新所述第一透射率差值；

当所述第二透射率差值大于所述第一透射率差值时，调小所述迭代步长的更新系数，重新计算所述厚度更新值；

当更新次数达到最大迭代次数时，将当前计算的厚度更新值作为真实物理厚度。

在一个实施例中，所述步骤S5的根据所述真实厚度计算换层判停时间，并触发换层判停逻辑进行换层，包括：

根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算距离最佳换层处的换层判停时间；

获取光谱仪的采样周期，若所述换层判停时间大于所述采样周期，采用随机搜索方法继续计算真实物理厚度；否则，在所述换层判停时间到达后，触发换层判停逻辑进行换层。

上述基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，将监控片安装到产品转盘上，在对各个部件进行初始化后，控制产品转盘定速旋转，读取光谱仪的光谱能量并绘制圆周光谱曲线并确定监控片在产品转盘上的角度位置；然后在镀膜过程中，根据角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度并计算换层判停时间，在倒计时到达时触发换层判停逻辑进行换层，直至完成镀膜工艺中的所有膜层。该技术方案，根据实时采集的光谱能量数据拟合出当前膜层的真实厚度，可以准确地定位到换层位置，避免了采用常规的以评价函数方法来控制换层的延时缺陷，可以确保成膜过程中对各个膜层厚度监控的精准度，特别是在多层镀膜时，能够显著减少换层误差累积，提升了光学薄膜产品的镀膜质量。

附图说明

图1是一个实施例的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法流程图；

图2是一个示例的监控片安装示意图；

图3是一个示例的测试光光路示意图；

图4是一个示例的圆周光谱能量曲线图；

图5是一个示例的波长-实时透射率随旋转圈数μ迭代的更新图；

图6是一个示例的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法流程图。

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。

本实施例提供的镀膜工艺方法，针对于光学薄膜加工制造技术领域，在使用宽光谱扫描监控方法监测镀膜的技术方案中，需要通过光源输出多种不同波长的测试光对安装在产品转盘上的监控片进行实时监控，此过程中，需要利用光谱仪采集光谱数据并以评价函数反馈比较结果得到判停指令，但是实际判停点会有所延迟从而导致换层时机产生延时，由此会导致误差不断累计，最终明显影响镀膜质量。

基于此，本申请提供一种新的镀膜工艺方法，以评价函数方法进行透射率监控的镀膜工艺，由此实现更稳定、控制精度更高的宽光谱监控，提升光学薄膜的镀膜监控水平，为光学薄膜生产技术领域提供可重复性好，产品有效率高的宽光谱膜厚自动控制的薄膜制备工艺方案。

本申请实施例将以离子束溅射镀膜机为例进行阐述，参考图1所示，图1是一个实施例的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法流程图，包括：

步骤S1，将待镀膜的工件及监控片安装到真空腔室的产品转盘上。

此步骤中，将需要进行光学镀膜的工件安装到真空腔室的产品转盘上，并在产品转盘上安装监控片以进行监测。

作为实施例，如图2所示，图2是一个示例的监控片安装示意图，在安装监控片时，在产品转盘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2中是以四个通孔为例，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，而虚线所示的其他部位为安装工件的区域。

参考图3所示，图3是一个示例的测试光光路示意图，这样光源输出的测试光穿过通孔后由光谱仪接收；在产品转盘旋转过程中，当安装监控片的通孔经过测试光时，光谱仪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，此时光谱仪无法接收测试光的光谱能量，可以认为光谱能量为0；在安装好工件和监控片后，关闭真空镀膜机的真空腔室，对真空腔室进行抽真空达到指定真空度，进入准备镀膜状态。

步骤S2，对各个部件进行初始化，并加载镀膜工艺文件。

此步骤中，在开始镀膜之前，需要对真空镀膜机的各个部件进行初始化，由于不同真空镀膜机的结构不同，因此，对于具体的初始化内容，根据真空镀膜机的实际情况而定。进入初始化状态时，每次镀完一个膜层后都将定时器初始化为0，重新开始计时。

在初始化过程中，还需要将靶材转到0度，将产品转盘转到原点位置并直至静止，同时加载镀膜工艺文件，通过镀膜工艺文件可以获取当前需要镀膜的工件产品(如光学镜片)的基底光学导纳ζ₀、参考波长λ_D、镀膜层数K、期望物理厚度d_k(k＝1，2，…，K)以及镀膜材料光学导纳η_k等等，准备开始镀膜。

步骤S3，控制产品转盘定速旋转，读取光谱仪的光谱能量并绘制圆周光谱曲线，根据所述圆周光谱曲线确定监控片在产品转盘上的角度位置。

此步骤中，在初始化之后，需要对监控片进行定位，确定监控片的角度位置，从而可以在后续的实时监测中，准确地触发光谱仪采集监控片的光谱能量。

在一个实施例，对于定位监控片的角度位置的技术方案，可以包括如下：

1)控制产品转盘以设定角速度旋转；

具体的，控制产品转盘以ωrad/s的角速度进行匀速旋转，每旋转1°通过光谱仪检测不同波长λ_i(i＝1，2，…，m)对应的光谱能量j(λ_i,θ)，θ＝1°，2°，…，360°。

2)控制光源输出不同波长的测试光，读取光谱仪检测的光谱能量；

具体的，在旋转一周360°的范围内，每旋转1°读取光谱仪检测的光谱能量。

3)根据光谱能量获取多组旋转角度与光谱能量对应的采样光谱数据并绘制圆周光谱曲线；优选的，绘制圆周光谱曲线的方案可以如下：

选取一个参考波长λ_D，在产品转盘旋转完一整圈后，获取各个旋转角度与光谱能量对应的360组采样光谱数据；根据选择的参考波长λ_D将采样光谱数据绘制在旋转角度为横坐标、光谱能量为纵坐标的坐标系上，拟合各组采样光谱数据，以此得到参考波长λ_D情况下随角度θ变化的圆周光谱能量曲线。

4)根据所述圆周光谱曲线获取监控片在产品转盘上的角度位置。

以参考波长λ_D时为例，如图4所示，图4是一个示例的圆周光谱能量曲线图，可见，监控片位于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，根据圆周光谱能量曲线即可确定监控片的角度θ_t。

步骤S4，控制所述产品转盘定速旋转，根据所述镀膜工艺文件进入镀膜程序。

在整个镀膜过程中，可以控制产品转盘以ωrad/s的角速度进行旋转，在旋转稳定后离子源进入正常工作态，从而开始离子束镀膜程序，假设当前镀膜层数为k＝1，初始化定时器为t＝0，且在镀完当前层薄膜后进行判停换层切换至下一层薄膜。

步骤S5，在镀膜过程中，根据所述角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据所述光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度；根据所述真实厚度计算换层判停时间，并触发换层判停逻辑进行换层。

在一个实施例中，对于步骤S5可以包括如下过程：

(1)分别在光谱能量最高值、光谱能量最低值及光谱能量居中值对应的角度位置处采集光谱仪测量的实时光谱能量数据，并计算出对应的实时透射率。

在当前膜层镀膜过程中，产品转盘以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，光谱仪采集一次光谱数据，在此过程中，可以计算并更新当前旋转圈数μ对应的透射率，示例性的，计算过程可以如下：

其中，T(λ_i)表示波长λ_i下的透射率，J_b(λ_i)是波长λ_i下的光谱能量的最低值，J_w(λ_i)是波长λ_i下的光谱能量的最高值，J_t(λ_i)是光谱仪采集的目标产品波长λ_i下的光谱能量值。

产品转盘每旋转一圈会镀上一定厚度的薄膜，因此，在每旋转一圈后都可以拟合不同波长下的透射率数组，并可以以此拟合出透射率曲线，通过透射率曲线就可以用于实时计算估计物理厚度。

如图5所示，图5是一个示例的波长-实时透射率随旋转圈数μ迭代的更新图，从图中可以看出，产品转盘每旋转一圈，可以拟合出一条不同的透射率曲线，如图中，随着膜层不断增长，越来越接近于期望物理厚度。

(2)根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算当前时刻已镀膜的估计物理厚度。

由于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，因此可计算当前时刻的估计物理厚度d_est，计算公式如下：

d_est＝v·t 公式(2)

据此，可以根据薄膜沉积速率v以及定时器读数t计算出当前时刻的估计物理厚度。

(3)采用随机搜索方法并根据所述实时透射率对所述估计物理厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的真实物理厚度。

一般情况下，在根据透射率曲线估计物理厚度接近于期望物理厚度时，如设定一比例作为参考，采用随机搜索方法计算当前膜层已镀膜的真实物理厚度。

例如，当d_est≥a·d_k时，其中a为比例系数，一般情况下，a＝99％，采用随机搜索方法对估计物理厚度d_est进行迭代更新，以此得到真实物理厚度d_real。

在一个实施例中，对于采用随机搜索方法获取真实物理厚度，首先设置厚度寻优范围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；然后在厚度寻优范围d_lim内进行更新迭代，迭代过程可以包括如下：

a、利用理论透射率计算函数计算估计物理厚度对应的第一透射率及其与实时透射率之间的第一透射率差值；即计算估计物理厚度对应的第一透射率，并计算第一透射率与实时透射率之间的第一透射率差值。

例如，利用理论透射率计算函数计算估计物理厚度d_est对应的第一透射率T_est1，并根据光谱仪检测的光谱能量数据计算实时透射率T_real。

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、期望物理厚度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，示例性的，计算公式可以如下：

其中：

由此，通过上述理论透射率计算函数可以计算第一透射率T_est1，然后计算第一透射率T_est1与实时透射率T_real之间的第一透射率差值f₁。

在考虑不同波长的情况下，对于透射率差值的计算公式，可以如下：

其中，通过上述公式(4)可以计算得到第一透射率差值f₁。

对于实时透射率T_real的计算方法，可以根据实时拟合的透射率曲线可以计算得到，具体的，通过目标产品在不同波长下的光谱能量最低值J_b(λ_i)、光谱能量最高值J_w(λ_i)、以及实时光谱能量值J_t(λ_i)所拟合的透射率曲线计算出目标产品的实时透射率T_real。

其中，T(λ_i)表示波长λ_i下的透射率，J_b(λ_i)是波长λ_i下的光谱能量的最低值，J_w(λ_i)是波长λ_i下的光谱能量的最高值，J_t(λ_i)是光谱仪采集的目标产品波长λ_i下的光谱能量值。

b、随机生成厚度更新值；具体的，可以基于随机搜索方法并根据估计物理厚度随机生成厚度更新值。

作为实施例，根据估计物理厚度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，示例性的，生成公式可以如下：

d_temp＝d_est+rand(-1,1)×Δ_step×0.1×d_est 公式(5)

其中，rand(-1,1)表示-1到1之间的随机数。

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第二透射率及其与所述实时透射率之间的第二透射率差值。

示例性的，可以根据厚度更新值d_temp并调用公式(3)，以d_temp替换d_est计算出第二透射率T_est2，调用公式(4)及实时透射率T_real计算第二透射率差值f₂。

d、利用所述厚度更新值及所述第一透射率差值和第二透射率差值更新所述估计物理厚度得到真实物理厚度。

具体的，当所述第二透射率差值小于或等于第一透射率差值时，利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，并利用所述第一透射率差值更新第二透射率差值；重复生成厚度更新值并利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，直至达到最大迭代次数时，得到当前已镀膜的真实物理厚度。当第二透射率差值大于第一透射率差值时，调小迭代步长的更新系数，重新计算厚度更新值。

例如，当f₂≤f₁且厚度更新值在厚度寻优范围d_lim内时，说明当前搜索方向是对的，利用d_temp更新作为基准值的d_est，并利用f₂更新f₁。当f₂>f₁时，说明书当前搜索方向不正确，不更新基准值的d_est，同时，调小迭代步长的更新系数h，更新迭代系数h＝h+f₁ ²和迭代步长重新计算厚度更新值d_temp；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作为真实物理厚度d_real。

上述技术方案，通过利用随机搜索与理论透射率计算相结合的方法，对估计物理厚度进行更新迭代，准确地计算得到目标产品的真实物理厚度。

(4)根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算距离最佳换层处的换层判停时间；具体的，可以根据沉积速率计算当前时刻距离期望物理厚度的换层判停时间。

可选的，可以利用离子束溅射镀膜机的沉积速率稳定的特性，调用公式(2)计算真实物理厚度d_real，估算当前时刻距离最佳换层处的换层判停时间t_est，示例性的，计算公式可以如下：

其中，t_est为换层判停时间，d_j为期望物理厚度，d_real为计算的真实物理厚度。

(5)获取光谱仪的采样周期，若所述换层判停时间大于所述采样周期，采用随机搜索方法继续计算真实物理厚度；否则，在所述换层判停时间到达后，触发换层判停逻辑进行换层。

优选的，为了提高输出换层判停指令的准确性，当换层判停时间大于光谱仪的采样周期时，光谱仪还可以采集一次光谱数据，因此在下一个采样周期到来之前，再次采用随机搜索方法再次对估计物理厚度进行修正，然后再进行判停换层。

由于产品转盘是以ωrad/s的角速度进行旋转，根据角速度可以计算光谱检测的采样周期，采样周期当t_est>T_S时，则延迟到下一个周期内再进行换层，此时在光谱仪采样到光谱数据后，先不做判停倒计时，如果t_est<T_S，根据定时器的时间，在等待t_est后，关闭离子源和光谱仪进行换层。

步骤S6，在换层后，执行步骤S5对下一个膜层进行镀膜，直至完成镀膜工艺中的所有膜层。

具体的，在换层判停后，关闭离子源，判断当前是否为最后一层；若是，停止镀膜工艺，否则根据镀膜工艺文件确定下一层膜层的镀膜材料，提示切换靶材，令k＝k+1，将定时器复位，准备下一个膜层的镀膜过程；直到k达到最大镀膜层数K，停止光谱能量监测，关闭离子源，成膜流程结束。

上述实施例的技术方案，根据实时采集的光谱能量数据拟合出当前膜层的真实厚度，可以准确地定位到换层位置，避免了采用常规的以评价函数方法来控制换层的延时缺陷，可以确保成膜过程中各个膜层厚度的精准度，特别是在多层镀膜时，能够显著减少换层误差累积，提升了光学薄膜产品的镀膜质量。

为了更加清晰本申请基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，下面阐述一个应用示例。

参考图6，图6是一个示例的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法流程图，本示例以高折射率材料为NB，低折射率材料为SiO₂，结构为12.9H41.5L53.1H23.3L41.7H205.7L49.8H88.9L的膜系为例，整个光学薄膜的镀膜过程可分为初始化流程、产品实时定位流程以及实时监控流程三部分。

一、初始化流程包括：

s1、控制各个硬件初始化，驱动产品转盘回到原点，靶材回到原点并静止。

s2、加载离子束溅射镀膜工艺文件。

获取基底光学导纳η₀、NB材料光学导纳η_H、SiO₂材料光学导纳η_L、监控波长最小值λ₁＝400nm、监控波长最大值λ₇₄₀＝740nm、参考波长λ_D＝400nm和总膜层数K＝8。

二、产品实时定位流程包括：

s3，控制产品转盘以ωrad/s的角速度旋转。

s4，产品转盘每旋转1°触发光谱仪采集一组光谱数据，获得不同波长λ_i(i＝1，2，…，740)对应的光谱能量j(λ_i,θ)，θ＝1°，2°，…，360°。

s5，在产品转盘旋转完一整圈后，绘制参考波长500nm情况下随角度θ变化的圆周光谱能量曲线，确定光谱能量最低时的能量J_b，光谱能量最高时的能量J_w，光谱能量介于最高和最低之间的能量J_t，根据圆周光谱能量曲线特征确定光谱能量分别为J_b、J_w和J_t时对应的角度θ和产品靶材所在位置。

三、实时监控流程包括：

s6，控制产品转盘保持以ωrad/s的角速度旋转，当产品转盘转速到位后，令镀膜序号k＝k+1；

当前镀膜层数为k(k的初始值为1)，若k为奇数，η_k＝η_H，否则η_k＝η_L。

S7，通知离子源启动进入镀膜程序，初始化定时器复位为t＝0，控制光谱仪

每次换层后定时器复位为t＝0；

S8，实时绘制透射率曲线。

S9，判断估计物理厚度是否接近于期望物理厚度，若是，转s10，否则返回s8。

s10，采用随机搜索方法对估计物理厚度进行修正得到真实物理厚度d_real。

s11，根据真实物理厚度计算换层判停时间t_est。

s12，判断换层判停时间是否小于采样周期，若是，转s13，否则返回转s11；

若换层判停时间t_est大于采样周期则延迟在下一个周期进行换层判停时间；若换层判停时间t_est小于采样周期为T_S，可以进行换层。

s13，在定时器达到换层判停时间时，关闭离子源，停止光谱检测，令镀膜序号k＝k+1。

读取定时器的时间进行倒计时计时，在时间达到后进行换层，并在换层后控制定时器复位，令镀膜序号k＝k+1，准备下一层镀膜；

s14，判断当前层号是否达到最大层号k＝K，若是，结束镀膜工艺，否则转s15。

s15，通知产品转盘切换靶材，转s8。

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)

1.一种基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，包括：

S1，将待镀膜的工件及监控片安装到真空腔室的产品转盘上；

S2，对各个部件进行初始化，并加载镀膜工艺文件；

S3，控制产品转盘定速旋转，读取光谱仪的光谱能量并绘制圆周光谱曲线，根据所述圆周光谱曲线确定监控片在产品转盘上的角度位置；

S4，控制所述产品转盘定速旋转，根据所述镀膜工艺文件进入镀膜程序；

S5，在镀膜过程中，根据所述角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据所述光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度；根据所述真实厚度计算换层判停时间，并触发换层判停逻辑进行换层；

S6，在换层后，执行步骤S5对下一个膜层进行镀膜，直至完成镀膜工艺中的所有膜层。

2.根据权利要求1所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述步骤S1的将监控片安装到产品转盘上，包括：

在产品转盘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；其中，光源输出的测试光穿过所述通孔后由光谱仪接收；

所述S2的进入初始化状态包括：将定时器初始化为0。

3.根据权利要求2所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

控制所述产品转盘以设定角速度旋转；

开启光源以输出全波段测试光，读取光谱仪检测的光谱能量；

根据所述光谱能量获取多组旋转角度与光谱能量对应的采样光谱数据并绘制圆周光谱曲线；

根据所述圆周光谱曲线获取监控片在产品转盘上的角度位置；其中，所述监控片位于圆周光谱能量曲线中光谱能量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。

4.根据权利要求3所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述根据所述光谱能量获取多组旋转角度与光谱能量对应的采样光谱数据并绘制圆周光谱曲线，包括：

选取一个参考波长；

在旋转一周的范围内，每旋转1°读取光谱仪检测的光谱能量；

获取各个旋转角度与光谱能量对应的360组采样光谱数据；

将所述采样光谱数据绘制在旋转角度为横坐标、光谱能量为纵坐标的坐标系上，绘制出圆周光谱曲线。

5.根据权利要求1所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

在换层判停后，关闭离子源，判断当前是否为最后一层；若是，停止镀膜工艺，否则根据镀膜工艺文件确定下一层膜层的镀膜材料，切换相应的靶材；然后执行步骤S5对切换后的膜层进行镀膜。

6.根据权利要求3所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述S5的根据所述角度位置触发光谱仪实时采集监控片的光谱能量数据，依据所述光谱能量数据实时拟合出当前膜层的真实厚度，包括：

分别在光谱能量最高值、光谱能量最低值及光谱能量居中值对应的角度位置处采集光谱仪测量的实时光谱能量数据，并计算出对应的实时透射率；

根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算当前时刻已镀膜的估计物理厚度；

采用随机搜索方法并根据所述实时透射率对所述估计物理厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的真实物理厚度。

7.根据权利要求6所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，采用随机搜索方法并根据所述实时透射率对所述估计物理厚度进行修正获得当前膜层已镀膜的真实物理厚度，包括：

利用理论透射率计算函数计算估计物理厚度对应的第一透射率及其与实时透射率之间的第一透射率差值；

随机生成厚度更新值；

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第二透射率及其与所述实时透射率之间的第二透射率差值；

利用所述厚度更新值及所述第一透射率差值和第二透射率差值更新所述估计物理厚度得到真实物理厚度。

8.根据权利要求7所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述利用所述厚度更新值及所述第一透射率差值和第二透射率差值更新所述估计物理厚度得到真实物理厚度，包括：

当所述第二透射率差值小于或等于所述第一透射率差值时，利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，并利用所述第一透射率差值更新第二透射率差值；

重复生成厚度更新值并利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，直至达到最大迭代次数时，得到当前已镀膜的真实物理厚度。

9.根据权利要求7所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，还包括：设置随机搜索方法的厚度寻优范围、更新迭代步长及其更新系数、以及最大迭代次数；

根据所述估计物理厚度、更新迭代步长以及设定范围内的随机数生成厚度更新值；

以及

当所述第二透射率差值小于等于所述第一透射率差值且所述厚度更新值在厚度寻优范围内时，利用所述厚度更新值更新所述估计物理厚度，并利用所述第二透射率差值更新所述第一透射率差值；

当所述第二透射率差值大于所述第一透射率差值时，调小所述迭代步长的更新系数，重新计算所述厚度更新值；

当更新次数达到最大迭代次数时，将当前计算的厚度更新值作为真实物理厚度。

10.根据权利要求7所述的基于宽光谱监控的镀膜工艺方法，其特征在于，所述步骤S5的根据所述真实厚度计算换层判停时间，并触发换层判停逻辑进行换层，包括：

根据离子束溅射镀膜的沉积速率计算距离最佳换层处的换层判停时间；

获取光谱仪的采样周期，若所述换层判停时间大于所述采样周期，采用随机搜索方法继续计算真实物理厚度；否则，在所述换层判停时间到达后，触发换层判停逻辑进行换层。