基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置及其监控方法

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，尤其涉及一种基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置及其监控方法。

背景技术

光学薄膜是指在光学元件表面制备的具备调控传输光束能量功能的单层或者多层薄膜膜料。光学薄膜的应用无处不在，从眼镜镀膜到手机，电脑，电视的液晶显示再到科研级的高级光学系统等等，它应用于我们生活的方方面面，并且有效的提高了各类光学系统的使用效果，成为生活、生产、科研等各个领域光学系统不可或缺的一项关键技术。

光学薄膜为了获得优良的光谱传输特性，往往需要设计较为复杂的膜系，复杂膜系的薄膜层数多，且每层薄膜厚度有很大的变化，往往从几纳米至几百纳米，对薄膜的制备和监控精度提出了极高的要求，而且，光学薄膜是一种十分精密的光学器件，纳米量级的厚度误差往往就会对膜系的整个光谱特性造成较大的影响。随着薄膜技术的发展，对薄膜光谱特性和非光学特性的要求越来越高，例如更加窄的通过或截止区间、更高的抗激光损伤能力和更低的吸收损耗等。为了满足这些特殊要求，薄膜的制备工艺也发生了巨大的变化，单一膜料特性往往不能满足上述特殊领域的应用要求，采用共蒸发方式获得满足特性需求的混合膜料成为一种新的镀膜方式。但是在薄膜控制方法方面，现有的监控手段只能监控薄膜整体的实时沉积厚度，但是在混合蒸发条件下，如何精确的控制不同组份的沉积比例却没有有效的技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在一种基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置，以实现共蒸发膜料配比的精确控制。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置，包括：

用于提供真空环境的真空室，在真空室的室内顶部设有工件盘，工件盘上设有镀膜基板，在镀膜基板的下方设有至少两个蒸发源，以及设置在蒸发源上方且与蒸发源数量相同的可移动的挡板；每个蒸发源蒸发的膜料不同，还包括：

晶控探头，晶控探头的数量与蒸发源的数量相同，且位于挡板的上方，蒸发源蒸发的膜料附着到晶控探头的晶体片上，晶控探头通过晶体震荡频率的变化获取晶体片上的薄膜厚度和沉积速率；阻隔板，阻隔板设置在晶控探头的上方靠近工件盘的一侧，阻隔板的安装位置使晶控探头只能沉积对应蒸发源蒸发的膜料；计算机控制模块，计算机控制模块用于计算晶控探头反馈的薄膜厚度和沉积速率。

进一步的，当挡板遮挡蒸发源的蒸发路径时，蒸发源蒸发的膜料无法沉积到镀膜基板表面；当挡板遮挡蒸发路径时，蒸发源蒸发的膜料沉积到镀膜基板表面。

进一步的，挡板为圆形气动挡板，气动挡板通过转轴旋转实现位置的移动。

进一步的，工件盘具有旋转平面，镀膜基片安装在旋转平面上。

进一步的，蒸发源、挡板、晶控探头以及阻隔板的数量均为两个。

进一步的，蒸发源为高能电子束蒸发源。

进一步的，计算机控制模块包括信号接收模块、信号对比模块以及信号调节模块；信号接收模块用于接收用于接收每个晶体震荡频率，并根据晶体震荡频率计算出的薄膜厚度和沉积速率Vt

本发明提供的基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控方法，利用如上述的基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置实现，包括如下步骤：

S1.将镀膜基板通过专用工装夹持后安装到的工件盘上，将每种不同的膜料倒入对应的蒸发源内，真空室抽真空至镀膜必要的真空条件，将镀膜基板温度烘烤至设定温度，做好镀膜前的准备工作；

S2.在计算机控制模块中输入镀膜基板的镀膜目标值，包括总沉积速率V、各蒸发源的组份比例k

S3.启动蒸发源，预熔膜料，待膜料预熔完毕后，挡板远离蒸发源的蒸发路径，蒸发源进入蒸镀状态；每个晶控探头开始获取对应蒸发源蒸发膜料的薄膜厚度和沉积速率Vt

S4.计算机控制模块将每个晶控探头检测到的沉积速率Vt

S5.晶控探头持续实时监控对应蒸发源蒸发膜料的薄膜厚度和沉积速率，达到设定的厚度目标时，关闭蒸发源，停止镀膜。

与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

（1）本发明可以针对多种薄膜膜料分别获得独立的沉积速率，可以实时精确的监控复合膜料镀膜过程中的沉积速率和各组份的配比，实现共蒸发复合膜料的高精度实时监控。

（2）采用本发明的多点晶控方式监控共蒸发复合薄膜膜料的制备，可以在镀膜过程中实时调整不同组份的比例状态，可实现连续的多层不同组份比例混合膜料的实时监控制备，还可以提高膜层界面的连续性，提升薄膜器件的使用效果，也可以节省镀膜过程中的切换层准备时间，提高薄膜器件的生产制备效率，提升经济效益。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供的基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置的结构示意图。

附图标记包括：1、真空室；2、工件盘；3、镀膜基片；4、蒸发源；41、蒸发路径；5、挡板；6、晶控探头；7、阻隔板。

具体实施方式

为了使本发明创造的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明创造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用以解释本发明创造，而不构成对本发明创造的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，本发明实施例提供的基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置，包括用于提供真空环境的真空室1，在真空室1的顶部设有工件盘2，工件盘2上设有镀膜基板3，在镀膜基板3的下方设有至少两个蒸发源4，以及设置在蒸发源4上方且与蒸发源数量相同的可移动的挡板5；每个蒸发源蒸发的膜料不同，还包括：晶控探头6，晶控探头的数量与蒸发源4的数量相同，且位于挡板5的上方，蒸发源4蒸发的膜料附着到晶控探头6的晶体片上，晶控探头6通过晶体震荡频率的变化获取晶体片上的薄膜厚度和沉积速率；阻隔板7，阻隔板设置在晶控探头6的上方靠近工件盘2的一侧，阻隔板7的安装位置使晶控探头6只能沉积对应蒸发源4蒸发的膜料；计算机控制模块，计算机控制模块用于计算晶控探头6反馈的薄膜厚度和沉积速率。

由此，通过设置阻隔板7使每个晶控探头6只能对应一个蒸发源4，实现晶控探头6监测每种膜料的薄膜厚度和沉积速率。

一般真空光学镀膜要求背景真空达到1e-4Pa以下，可通过机械泵、罗茨泵、扩散泵、低温泵及分子泵等真空获得装置实现上述密闭真空室条件的准备。

进一步的，挡板5可移动的设置在蒸发源4的上方，当挡板6遮挡蒸发源4的蒸发路径41时，蒸发源4蒸发的膜料无法沉积到镀膜基板3表面；当挡板5为遮挡蒸发路径41时，蒸发源4蒸发的膜料沉积到镀膜基板3表面。

进一步的，挡板5为圆形气动挡板，气动挡板通过转轴旋转实现位置的移动。在其他实施例中，挡板5可以为任意形状的挡板，且通过平移来控制挡板5的位置。

由此，通过设定可移动挡板5，可以及时的对蒸发源4的开启和关闭。

工件盘2为镀膜基板4的承载机构，其形式多为平面型、穹顶型或者行星盘模式，在本实施例中，工件盘2为平面旋转工件盘，设置于真空室1的室内顶部。镀膜镀基板3通过专用的工装夹持后安装在工件盘2上。镀膜过程中，工件盘2带动基板进行旋转，从而实现均匀镀膜。

进一步的，蒸发源4为高能电子束蒸发源系统，配合多穴位旋转坩埚，可以进行多种膜料或者单一膜料分层镀膜。电子枪产生的高能电子束通过扫描磁场的偏转控制，以一定的扫描方式和光斑形状照射到镀膜膜料上，膜料在电子束的轰击加热作用下熔化蒸发或者升华，蒸发出的膜料分子团沉积到镀膜基板上形成均匀的光学薄膜。

在本实施例中，蒸发源4的数量、挡板5的数量以及晶控探头6数量均为两个，且每个蒸发源4蒸发的膜料不同。

在其他实施例中，蒸发源4的数量、挡板5的数量以及分路光源晶控探头6的数量为三个以上，实现三种以上种薄膜膜料混合共蒸发制备。

进一步的，计算机控制模块包括信号接收模块、信号对比模块以及信号调节模块；信号接收模块用于接收每个晶体震荡频率，并根据晶体震荡频率计算出的薄膜厚度和沉积速率Vt

在镀膜过程中，晶控探头6上获得的沉积速率往往与工件盘上实际的成膜速度之间存在偏差，即厚度偏差因子Tooling。因此，在正式镀膜之前，需要分别针对每种膜料进行Tooling的校准，不同膜料的厚度偏差因子记为T

上述内容详细说明了本发明实施例提供的基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控装置的结构，与该监控装置相对应，本发明实施例还提供一种利基于多点晶控实现蒸发膜料组份的监控方法，具体包括如下步骤：

S1.将镀膜基板3通过专用工装夹持后安装到的工件盘2上，将每种不同的膜料倒入对应的蒸发源4内，真空室抽真空至镀膜必要的真空条件，将镀膜基板3温度烘烤至设定温度，做好镀膜前的准备工作；

S2.在计算机控制模块中输入镀膜基板3的镀膜目标值，包括总沉积速率V、各蒸发源的组份比例k

S3.启动蒸发源4，预熔膜料，待膜料预熔完毕后，挡板5远离蒸发源4的蒸发路径，蒸发源4进入蒸镀状态；每个晶控探头6开始获取对应蒸发源4蒸发膜料的薄膜厚度和沉积速率V

S4.计算机控制模块将每个晶控探头检测到的沉积速率Vt

S5.晶控探头持续实时监控对应蒸发源蒸发膜料的薄膜厚度和沉积速率，达到设定的厚度目标时，关闭蒸发源，停止镀膜。

下面通过举例详细的说明晶控探头6对晶体片上的薄膜厚度和沉积速率进行监控。

将两个蒸发源4的蒸发膜料分别设置为膜料a和膜料b，膜料a的组份比例为k

以膜料a的调节为例，若V

最终在计算机控制模块的信号调节模块作用下，达到V

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。