CN1276121C - 使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在镀膜机的真空室内使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其基本原理是：薄膜的几何厚度与光学厚度成一定比例关系，采用单独的监控片进行膜厚控制，在镀膜过程中使用挡板，使基片的膜料被均匀遮挡掉一定比例，而控制片的膜料不被遮挡，以实现控制片上的膜厚与基片上的膜厚成一定比例，控制片上的膜厚与监控波长相符，基片上的膜厚由监控波长与挡板的形状所决定，为控制片上的膜厚的几分之一，从而达到用长波做监控波长控制短波长薄膜制备的目的。本发明是利用现有镀膜机的光控系统进行的，可实现紫外薄膜的精确监控，提高了设备的通用性。
Description
技术领域：
本发明涉及镀膜机，特别是一种使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法。
背景技术：
由于紫外光波长短，热效应不强等独特特性，使其广泛应用于工业、医学、天文、侦破等领域。而紫外薄膜正是支持紫外光路系统的重要元件，它们的光学性能影响制约着整个系统的效率。近年来，对紫外薄膜的需求不断增长，给紫外膜的发展带来了新的挑战，薄膜元件光学性能的改善是提高紫外光路系统的整体性能的关键之一。对于多层膜的制备，除了选择适当的膜料、蒸发工艺以及保证膜厚均匀性以外，还需要精确监控每一层膜的厚度。光学监控是高精密镀膜的首选监控方式，这是因为它可以更精确地控制膜层厚度。光学厚度可以采用直接测控，即在基片上进行测控，也可以在单独的监控片上进行间接测控，间接监控的优点是灵活性强，但我们在应用时必须能够容忍监控片与基片间的差异。波长可以利用窄带滤波器或单色仪进行选择。
紫外区有着与可见光区和红外区不同的特性，因此必须认真选择光源及光路系统各元件，使之与监控仪的工作波长相匹配。镀膜机的光控装置如图1所示：包括光源1、透镜2、调制器3、分束器4、滤光片5、透镜6、监测器7、透镜8、上窗口9、监控片102、下窗口13、透镜14、滤光片15、透镜16、监测器17等，18为真空室，RS、TS分别为反射信号和透射信号。
配有紫外光路的现有镀膜机的光学监控波长在紫外区最好可达到200nm，但是在波长小于250nm时，监控信号变弱、趋于不稳定，监控效果不理想，进而影响薄膜的性能。特别是在波长小于200nm时，比如在典型波长193nm镀制薄膜时，由于材料的吸收、散射以及这个波段对水吸收的敏感，常规光学监控方法无法实现。解决的方案之一是封闭并密封光路上的相关元器件，在真空或充入氮气的情况下进行监控，同时还要对光源和单色仪等提出更高的要求。这样需要对镀膜机进行大幅度的改造或者重新设计。尽管如此，该方案监控过程中还是会由于真空度，氮气纯度及流量等因素而引起信号的不稳定。
综上所述，现有的光控方法无法满足特定短波长波段薄膜的镀制需要。因而有必要寻求一种简单易行的方法对短波长的薄膜进行准确的光学监控。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有镀膜机的缺陷，提供一种使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法。该方法是在现有镀膜机的光控系统的进行的，以实现紫外薄膜的精确监控与制备，提高设备的通用性。
本发明的技术解决方案如下：
一种在镀膜机的真空室内使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其特征在于包括下列步骤：
1)根据镀膜机的监控波长范围和设计波长，其中设计波长是指需要镀制的薄膜波长，兼顾监控信号理想与节省材料等因素，选择控制波长；
2)设计加工挡板，设计依据如下：
圆形挡板：圆环面积/(扇形槽面积之和)＝控制波长/设计波长。在挡板上加工中心圆孔，扇形槽，在挡板外圆周上加工联接孔；
3)根据镀膜机真空室的结构与尺寸选择挡板安装方式，设计挡板的装夹零件；
4)将挡板安装在镀膜机的真空室内，使挡板安装在夹具正下方，其间距尽量小，以不超过5mm为宜，并保证不影响夹具转动；
5)在旋转夹具中心设置控制片，在圆周上设置基片；其中控制片可以有单独的控制片夹具；
6)关闭真空室，在一定工艺条件下镀膜，同时利用监控波长光对控制片进行监控；
7)薄膜制备好以后，冷却后充气，打开真空室取出样品，对样品进行分析测试；
8)根据测试结果调试波长，通过调整控制波长以使基片薄膜的实际波长在设计波长允许的误差范围之内，再进行批量薄膜镀制。
所述的挡板还可为扇形挡板，该扇形挡板的
圆环面积/(圆环面积-扇形面积)＝控制波长/设计波长。
所述的挡板可以设计为平面或球面。
所述的控制片可以设单独的控制片夹具。
采用本发明的基本原理是：
薄膜的几何厚度与光学厚度成一定比例关系，因此采用单独的监控片进行膜厚控制时，在镀膜过程中使用挡板，使基片的膜料被均匀遮挡掉一定比例，而控制片的膜料不被遮挡，以实现控制片上的膜厚与基片上的膜厚成一定比例，控制片上的膜厚与监控波长相符，基片上的膜厚由监控波长与挡板的形状所决定，为控制片上的膜厚的几分之一，从而达到用长波做监控波长控制短波长薄膜制备的目的。
本发明的优点在于：
1.使普通镀膜机的镀膜波段向短波方向大幅度扩展(可扩展到VUV波段)，显著的提高了设备的利用效率与使用性能，尤其是增强了设备的通用性；
2.极大的简化了短波长(尤其是VUV/DUV波段)薄膜的镀制对镀膜机光控系统的要求，同时可有效避免从控制信号不理想的波段取监控波长，提高了膜厚监控的准确性，进而可改善薄膜的性能；
3.采用该方法设计的系列挡板，结构简单，装卸方便，通用性好，可通过改变控制波长与设计波长的比例灵活选择控制波长。
附图说明：
图1是本发明光控装置示意图
图2是本发明扇形挡板示意图
图3是本发明圆形挡板示意图
图4是本发明挡板安装示意图
图5是本发明联接件的安装示意图
具体实施方式：
使用挡板的光控装置示意图见图1，具体的实施过程如下：在镀膜机的真空室18内使用挡板11，该挡板11固定安装于旋转夹具10的正下方，与旋转夹具10同心，并且在高度方向上尽量与旋转夹具10接近，以保证实际波长与设计波长误差尽量小。挡板11为金属薄板，呈扇形或者圆形，圆心处预留略大于控制片的圆孔，使控制片不被遮挡。扇形挡板11’其余部分为实心，不去除材料，如图2所示。圆形挡板11如图3所示，在圆周方向上开均匀分布的扇形槽112，中心开有略大于控制片102的圆孔111，113为实体部分，设有为联接孔114，联接孔形状与个数根据具体情况而定。另外根据镀膜机旋转夹具10的形式，挡板11还可以设计为球面，挡板11也可以结合改善均匀性进行设计。
镀膜时，挡板11固定不动，基片101随旋转夹具10旋转运动。由于挡板11圆心处有略大于控制片102的111圆孔，使位于挡板11正上方且间距很小的控制片102基本不受挡板11的影响，控制片102上的膜厚与监控波长相符。随着旋转夹具10的匀速转动，位于圆周上的基片101则被挡板11均匀的按比例遮挡掉一部分膜料，结果使到达基片101的膜料减少，基片上101的膜厚为控制片102上的膜厚的几分之一。这样，就可以实现控制波长与设计波长成一定比例，该比例基本由挡板11形状所决定。
本发明方法的步骤如下：
第一步：根据镀膜机的监控波长范围与设计波长，兼顾监控信号理想与节省材料等因素，选择控制波长，设计挡板；
第二步：按照镀膜机真空室的结构与尺寸选择合适的挡板安装方式，并设计挡板装夹零件，使挡板的装卸简单并满足上述安装要求；
第三步：将挡板安装在镀膜机的真空室内，在一定工艺条件下进行薄膜制备。根据测试结果调试波长，使实际波长在设计波长允许的误差范围之内。
这样，就可以使用普通镀膜机，从监控信号理想的波段取监控波长，实现短波长薄膜的镀制。提高了设备的使用性能与短波长薄膜的监控精度。
实施例1：使用挡板实现193nm薄膜的制备
193nm光学薄膜广泛应用于微电子、医学等领域。其中，微电子技术是高科技和信息产业的核心技术，而微电子技术的核心，是微细光刻技术。使用193nm波长的100nm步进扫描光刻机已成为目前光刻机的主要发展方向，其中193nm紫外薄膜是支持其光路系统的关键元件。193nm光学薄膜波长短，处于真空紫外波段(VUV)，难于监控。现采用北仪厂生产的镀膜机(型号为：DMD-450)，该设备没有紫外光路，控制波长为可见光波段，在500nm一700nm范围内监控信号理想。
第一步：根据设计波长193nm与镀膜机的理想监控信号范围500nm-700nm，采用圆形1/3挡板，在圆周方向上开如图3所示的均匀分布的扇形槽112，扇形槽112的面积的总和为整个圆周面积的1/3，也就是说挡掉部分面积为2/3，理论上讲控制波长为579nm(193nm×3)。挡板11外圆周上加工三个均布联接孔114。
第二步：该设备为旋转平面夹具10，旋转夹具10由三根圆形立柱12支撑，现采用三个联接件121安装该挡板11，联接件121的一端加工圆孔与立柱12配合安装于立柱12上，另一端加工圆孔用螺钉、螺母将挡板11安装在联接件121上面。图4为挡板安装示意图，其中18为真空室，11为安装于联接件上的圆形挡板。挡板11安装简单，易于拆卸。图5为联接件在支撑立柱上的安装示意图，其中121为联接件，122、123为紧固螺钉，联接件121位置可通过在立柱12上上下移动，沿z方向以立柱中心线为转动中心转动来调整，位置调整好以后用紧固螺钉122、123固定于立柱12上。
第三步：调试控制波长，由于挡板存在制造误差等原因，控制波长为620nm时，实际波长在193nm±2nm之间。
使用挡板实现了在没有紫外光路的设备上镀制193nm光学薄膜，并且监控波长取自该设备的理想波段，极大的提高了设备的使用性能与膜厚的监控精度。
实施例2：使用挡板实现355nm薄膜的制备
随着惯性约束激光核聚变对光能量要求的提高，以及激光器的快速发展导致倍频激光具有十分重要的应用前景，而倍频激光膜已经成为全固态激光器发展的主要技术瓶颈。现仍然采用北仪厂生产的镀膜机(型号为：DMD-450)，现使用圆形2/3挡板(挡掉部分面积为1/3)，安装方式同实施例1。控制波长调试为550nm时，实际波长在355nm±2nm之间。
使用挡板实现了在该设备上镀制355nm的光学薄膜，使设备更加具有通用性。
Claims (4)
1、使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)根据镀膜机的监控波长范围和设计波长，其中设计波长是指需要镀制的薄膜波长，兼顾监控信号理想与节省材料的因素，选择控制波长；
2)设计加工挡板(11)，设计依据如下：
圆形挡板：圆环面积/扇形槽面积之和＝控制波长/设计波长在挡板(11)上加工中心圆孔(111)，扇形槽(112)，在挡板外圆周(113)上加工联接孔(114)；
3)根据镀膜机真空室的结构与尺寸选择挡板安装方式，设计挡板的装夹零件；
4)将挡板(11)安装在镀膜机的真空室(18)内，使挡板(11)安装在夹具(10)正下方，其间距尽量小，不超过5mm，并保证不影响夹具转动；
5)在旋转夹具(10)中心设置控制片(102)，在圆周上设置基片(101)；
6)关闭真空室后镀膜；
7)薄膜制备好以后，冷却、充气，打开真空室取出样品，对样品进行分析测试；
8)根据测试结果调试波长，通过调整控制波长以达到实际波长在设计波长允许的误差范围之内，再进行批量薄膜镀制。
2、根据权利要求1所述的使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其特征在于所述的挡板(11)为扇形挡板(11’)，该扇形挡板的圆环面积/(圆环面积-扇形面积)＝控制波长/设计波长。
3、根据权利要求1所述的使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其特征在于所述的挡板(11)为平面或球面。
4、根据权利要求1所述的使用挡板镀制紫外波段光学薄膜的方法，其特征在于所述的控制片(102)有单独的控制片夹具。
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