CN205529011U - 一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统,包括真空部分、溅射系统、载架系统和真空获得系统；所述真空获得系统与真空部分通过分子泵和初抽口联通，并将对真空部分进行抽真空，达到溅射系统所需本底真空后，对真空部分通入氩气将真空度控制在工作真空度；该系统，一、磁控溅射工艺稳定，溅射率稳定并可以长时间工作，产品可以获得稳定的光学性能；二、设备采用光学监控，可以实现全自动光学监控镀膜；三、设备通用性好，可以完成的光学膜系多，包括可见光分光膜、可见光滤光片(RGB滤光片)、光学截至滤光片、红外滤光片、激光抗反膜、激光反射膜等。
Description
技术领域
本实用新型涉及多层光学膜镀膜系统技术领域，特别涉及一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统。
背景技术
光学薄膜一般是指厚度在光波波长量级且小于相干长度的膜，所以光学薄膜也可干涉分光膜。随着光学的发展，光通讯、光存储和集成光学的深度应用，光学薄膜也被广泛应用于各种光学系统设计中。例如在光学设计的望远镜、反射镜、干涉滤光片和偏振片等等都是光学薄膜在光学系统设计中的应用，几乎可以说没有光学薄膜，光学设计将不能进行。因此在光学零件表面镀光学膜成为了一个行业-光学镀膜行业。
一般光学薄膜的镀膜方法有很多，主要可以分为热蒸发镀膜和溅射镀膜两类。热蒸发镀光学膜的基本原理就是在真空环境下，将需要镀膜的材料通过加热的方式将其蒸发，使材料通过蒸汽的形式沉积到基底材料上，形成膜层。因此蒸发镀膜有电流加热、高频加热、微波加热和电子束加热多种形式。蒸发镀膜在光学薄膜中的应用已经几十年的历史，技术成熟。但是其缺点也非常明显，其一，光学薄膜由于是点蒸发源，很难完成大面积均匀的镀膜；其二，蒸发的材料会和加热材料相互污染；因此限制了其发展。
1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备产生，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，溅射技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域。1996年Leybold推出多年研发的成果：中频交流磁控溅射(孪生靶溅射)技术，消除了阳极”消失”效应和阴极“中毒”问题，大大提高了磁控溅射运行的稳定性，为化合物薄膜的工业化大规模生产奠定了基础。最近在中频电源上又提出短脉冲组合的中频双向供电模式，运行稳定性进一步提高。近年来，进一步发展了一系列新的溅射技术，其中比较注目的是孪生旋转溅射阴极技术，并在大面积镀膜领域快速推广开来。
光学薄膜的设计主要是由高低折射率材料交替沉积基材上而构成光学膜系，从而达到形成特定光谱特性的光学零件。光学膜系对沉积材料的沉积过程要求极高，主要技术要点为：
(1)镀膜工艺稳定，膜层材料沉积速率稳定，可通过一定方式精确控制沉积的开始和停止。
(2)大面积沉积。为了有效地提高产量增大沉积的面积是最有效的方法，镀膜区域的沉积速率均匀性好，并且可以通过一定的方式进行调整。
(3)膜层光学性能稳定。一般光学膜层的光学性质由膜层材料的光学特性决定，沉积的薄膜材料具有稳定可靠的光学性能是形成光学膜系的前提。
(4)高沉积速率。镀膜沉积为材料原子/分子级别的沉积膜层，速率非常慢，在可控的范围内有效地提高材料的合成速率可以减少镀膜时间。
(5)工艺通用性，材料广泛。由于大部分光学材料为介质材料，需要找到相应的材料进行镀膜沉积。
孪生旋转阴极磁控溅射镀膜工艺具有良好的工艺可控性，同时产品工艺可以保持长时间的稳定性，非常适合光学介质薄膜的长时间沉积。
光学镀膜系统，需要严格控制每层膜层的沉积厚度，并且要做到精确控制。目前比较常用的方式是采用石英晶体膜厚仪或光学膜厚控制仪监控膜厚沉积变化，并做到随时停止和启动。石英晶体膜厚仪控制的是膜层物理厚度，最传统的使用方法是在干锅内的镀膜料被加热从下向上蒸发，沉积在上方的工件上，这时候膜厚仪的探头一般安装在顶部中央位置，但是探头不随工件运行，通过监控陪镀片的沉积膜层厚度，对比控制镀膜厚度；对比片安装位置固定不变，不能随基片运动，这种监控方式有比较大的误差需要矫正。在立式装载工件的光学镀膜机上出现了把晶体控制仪探头固定在工件傍，随着工件架一起运动的在为动态监控的方法，也是以一点的监控膜层物理厚度代表整个沉积区的膜层厚度的方法，这种方式有利的提高了精度，然而依然还是以监控膜层物理厚度的监控方式。
在光学膜厚监控系统中一般其包含光源、调制器、分光器、数据采集、计算机、控制器、参考光路和测试光路等部件；从同一个光源通过分光器将光分成两束光，分别为参考光路和测试光路，测试光路进过测试片，测试片的位置和镀膜基片在同一个位置，通过检测透过率的强度与检测光路进行对比计算，从而获得每层薄膜沉积后得到光学镀膜的相应曲线，与实际设计曲线进行对比，这样对光学薄膜沉积的实时过程进行监控，可以随时获得沉积的第一手变化，从而得到稳定可靠的膜系。不仅如此，由于光学监控膜层沉积的光谱特性，因此不存在从 物理膜厚转换成光学膜厚的过程，对膜系沉积监控更加直接有效。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，它可以最大限度的缩短换档时间，并减少能量损失。
为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案：
一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统,其特征在于：包括真空部分(1)、溅射系统(2)、载架系统(3)和真空获得系统(4)；所述真空获得系统(4)与真空部分(1)通过分子泵和初抽口联通，并将对真空部分(1)进行抽真空，达到溅射系统(2)所需本底真空后，对真空部分(1)通入氩气将真空度控制在工作真空度，启动溅射系统(2)对固定在载架系统上的基片进行溅射镀膜；
所述的真空部分(1)为由真空腔体(1-1)、与真空腔体(1-1)密封配合的真空腔门(1-2)、焊接在真空腔门(1-2)上的观察窗(1-3)、焊接在真空腔门(1-2)上的光学监控窗(1-5)和焊接在真空腔体(1-1)顶部的真空计安装法兰(1-6)组成；
所述的溅射系统(2)为四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，每套孪生旋转溅射阴极系统为由孪生旋转阴极溅射阴极(2-1)、安装在真空腔体(1-1)内壁的阴极保护框(2-2)和安装在阴极保护框(2-2)上的均匀性调节板(2-3)组成；
所述的载架系统(3)包含动力电机(3-9)、通过传送带带动动密封(3-8)轴承转动并与真空腔体(1-1)密封配合、动密封(3-8)通过平键连接带动载架安装座(3-3)转动、载架安装座(3-3)与承载轴承(3-6)紧固连接，并安装在轴承安装座(3-7)上、轴承安装座(3-7)通过键与载架上旋转座(3-2)连接并同轴转动，由载架上固定座(3-1)、基片安装板(3-4)和载架下固定座(3-5)安装在载架安装座(3-3)上一起运动；所述的载架系统(3)通过有旋转监控(3-10)对载架旋转进行监控，并与中央电脑配合程序执行旋转动作；
所述的真空获得系统(4)为由安装在真空腔体(1-1)上的两台分子泵(4-1)、与分子泵(4-1)连接的分子泵前级阀(4-4)、在真空腔体(1-1)上配有的初抽口(4-2)、与初抽口(4-2)连接的初抽阀(4-3)、分子泵前级阀(4-4)和初抽阀(4-3)都与前级管道(4-5)连接并通过前级阀(4-6)与罗茨泵(4-7)连接、 罗茨泵(4-7)通过挡板阀(4-8)通过管道与机械泵连接。
进一步，所述的四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，其中两套为低折射率材料，两套为高折射率材料，并且间隔安装。
进一步，所述的四套孪生旋转阴极溅射阴极系统包含有流量计控制的溅射工艺气体控制系统。
进一步，所述的光学监控系统的检测光路通过对称布置的两个光学监控窗(1-5)。
进一步，所述的真空获得系统(4)的本底真空将低于3*10-4Pa；溅射工作真空持续维持在0.01-10Pa之间。
进一步，所述的载架系统(3)上安装的被镀膜基片旋转线速度在0.3m/min到4.8m/min连续可调，并具有零位校正点。
采用上述技术方案后，本实用新型和现有技术相比所具有的优点是：
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该系统，一、磁控溅射工艺稳定，溅射率稳定并可以长时间工作，产品可以获得稳定的光学性能；二、设备采用光学监控，可以实现全自动光学监控镀膜；三、设备通用性好，可以完成的光学膜系多，包括可见光分光膜、可见光滤光片(RGB滤光片)、光学截至滤光片、红外滤光片、激光抗反膜、激光反射膜等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的俯视图；
附图标记说明：1、真空部分；1-1、真空腔体；1-2、真空腔门；1-3、观察窗；1-4、门铰链；1-5、光学监控窗；1-6、真空计安装法兰口；2、溅射系统；2-1、溅射阴极；2-2、阴极保护框；2-3、均匀性调节板；3、载架系统；3-1、载架上固定座；3-2、载架上旋转座；3-3、载架安装座；3-4、基片安装板；3-5、载架下固定座；3-6、承载轴承；3-7、轴承安装座；3-8、动密封；3-9、动力电机；3-10、旋转监控；4、真空获得系统；4-1、分子泵；4-2、初抽口；4-3、初抽阀；4-4、分子泵前级阀；4-5、前级管道；4-6、前级阀；4-7、罗茨泵；4-8、挡板阀；4-9、机械泵)。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施例做进一步详细描述：
参照图1～2所示的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，包括真空部分、溅射系统、载架系统和真空获得系统；
真空部分为由真空腔体、与真空腔体密封配合的真空腔门、焊接在真空腔门上的观察窗、焊接在真空腔门上的光学监控窗和焊接在真空腔体顶部的真空计安装法兰组成；所述包括真空部分、溅射系统、载架系统和真空获得系统；所述的真空获得系统与真空部分通过分子泵和初抽口联通，并将对真空部分进行抽真空，达到溅射系统所需本底真空后，对真空部分通入工作气体(氩气)将真空度控制在工作真空度，启动溅射系统对固定在载架系统上的基片进行溅射镀膜；
溅射系统为四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，每套孪生旋转溅射阴极系统为由孪生旋转阴极溅射阴极、安装在真空腔体内壁的阴极保护框和安装在阴极保护框上的均匀性调节板组成；
载架系统包含动力电机、通过传送带带动动密封轴承转动并与真空腔体密封配合、动密封通过平键连接带动载架安装座转动、载架安装座与承载轴承紧固连接，并安装在轴承安装座上、轴承安装座通过键与载架上旋转座连接并同轴转动，由载架上固定座、基片安装板和载架下固定座安装在载架安装座上一起运动；所述的载架系统通过有旋转监控对载架旋转进行监控，并与中央电脑配合程序执行旋转动作；
真空获得系统为由安装在真空腔体上的两台分子泵、与分子泵连接的分子泵前级阀、在真空腔体上配有的初抽口、与初抽口连接的初抽阀、分子泵前级阀和初抽阀都与前级管道连接并通过前级阀与罗茨泵连接、罗茨泵通过挡板阀通过管道与机械泵连接。
四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，其中两套为低折射率材料，两套为高折射率材料，并且间隔安装。而且该系统还包含有流量计控制的溅射工艺气体控制系统。
光学监控系统的检测光路通过对称布置的两个光学监控窗。
同时，真空获得系统的本底真空将低于3*10-4Pa；溅射工作真空持续维持在 0.01-10Pa之间。
载架系统上安装的被镀膜基片旋转线速度在0.3m/min到4.8m/min连续可调，并具有零位校正点。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作出任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案范围内。
Claims (6)
1.一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，其特征在于：包括真空部分(1)、溅射系统(2)、载架系统(3)和真空获得系统(4)；所述真空获得系统(4)与真空部分(1)通过分子泵和初抽口联通，并将对真空部分(1)进行抽真空，达到溅射系统(2)所需本底真空后，对真空部分(1)通入氩气将真空度控制在工作真空度，启动溅射系统(2)对固定在载架系统上的基片进行溅射镀膜；
所述真空部分(1)为由真空腔体(1-1)、与真空腔体(1-1)密封配合的真空腔门(1-2)、焊接在真空腔门(1-2)上的观察窗(1-3)、焊接在真空腔门(1-2)上的光学监控窗(1-5)和焊接在真空腔体(1-1)顶部的真空计安装法兰(1-6)组成；
所述溅射系统(2)为四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，每套孪生旋转溅射阴极系统为由孪生旋转阴极溅射阴极(2-1)、安装在真空腔体(1-1)内壁的阴极保护框(2-2)和安装在阴极保护框(2-2)上的均匀性调节板(2-3)组成；
所述载架系统(3)包含动力电机(3-9)、通过传送带带动动密封(3-8)轴承转动并与真空腔体(1-1)密封配合、动密封(3-8)通过平键连接带动载架安装座(3-3)转动、载架安装座(3-3)与承载轴承(3-6)紧固连接，并安装在轴承安装座(3-7)上、轴承安装座(3-7)通过键与载架上旋转座(3-2)连接并同轴转动，由载架上固定座(3-1)、基片安装板(3-4)和载架下固定座(3-5)安装在载架安装座(3-3)上一起运动；所述载架系统(3)通过有旋转监控(3-10)对载架旋转进行监控，并与中央电脑配合程序执行旋转动作；
所述真空获得系统(4)为由安装在真空腔体(1-1)上的两台分子泵(4-1)、与分子泵(4-1)连接的分子泵前级阀(4-4)、在真空腔体(1-1)上配有的初抽口(4-2)、与初抽口(4-2)连接的初抽阀(4-3)、分子泵前级阀(4-4)和初抽阀(4-3)都与前级管道(4-5)连接并通过前级阀(4-6)与罗茨泵(4-7)连接、罗茨泵(4-7)通过挡板阀(4-8)通过管道与机械泵连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，其特征是：所述四套孪生旋转阴极溅射阴极系统，其中两套为低折射率材料，两套为高折射率材料，并且间隔安装。
3.根据权利要求1所述的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统， 其特征是：所述四套孪生旋转阴极溅射阴极系统包含有流量计控制的溅射工艺气体控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，其特征是：所述光学监控系统的检测光路通过对称布置的两个光学监控窗(1-5)。
5.根据权利要求1所述的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，其特征是：所述真空获得系统(4)的本底真空将低于3*10-4Pa；溅射工作真空持续维持在0.01-10Pa之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于孪生旋转阴极的多层光学薄膜镀膜系统，其特征是：所述载架系统(3)上安装的被镀膜基片旋转线速度在0.3m/min到4.8m/min连续可调，并具有零位校正点。
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| CN113249699A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 基于磁控溅射技术制备高精密波长渐变滤光片的方法及其采用的装置 |
| CN113755805A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-07 | 宁波伯宇科技有限公司 | 一种用于电致变色镜片的曲面镀膜工艺 |
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| CN113249699B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-11-04 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 基于磁控溅射技术制备高精密波长渐变滤光片的方法及其采用的装置 |
| CN113755805A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-07 | 宁波伯宇科技有限公司 | 一种用于电致变色镜片的曲面镀膜工艺 |
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Effective date of registration: 20230606 Address after: 430000 Wuhan University, Luojia Mountain, Wuchang, Wuhan, Hubei Province Patentee after: Gong Junbo Address before: 430075 building B1, R & D building, zone B, C and D, Wuhan National biological industry base project, 666 Gaoxin Avenue, Donghu hi tech Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: WUHAN KERUIDA VACUUM TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20230804 Address after: Room 1003, Building B1, Phase 1, Chongwen Center, No. 792 Gaoxin Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000 (Wuhan Area of Free Trade Zone) Patentee after: Luojia Advanced Equipment (Wuhan) Co.,Ltd. Address before: 430000 Wuhan University, Luojia Mountain, Wuchang, Wuhan, Hubei Province Patentee before: Gong Junbo |
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