[發明專利]一種高精度低應力光學薄膜沉積方法及裝置

在審

• 申請號: 202010037702.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN113186529A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉浩;趙祖珍;沈洋;劉偉強
• 申請（專利權）人: 深圳清華大學研究院
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C14/10;C23C14/34;C23C16/40;C23C16/455
• 代理公司: 深圳國海智峰知識產權代理事務所(普通合伙) 44489
• 代理人: 王慶海

本發明涉及光學薄膜沉積領域，特別涉及一種高精度低應力光學薄膜沉積方法及裝置。本發明在薄膜沉積的過程中交替進行離子束濺射沉積和原子層沉積，利用離子束濺射壓應力和原子層沉積張應力相互補償的特征，以實現低應力薄膜沉積。針對本發明中公開的一種高精度低應力光學薄膜沉積方法提供了一種高精度低應力原子層沉積裝置，包括真空腔、基片夾具、擋板、靶材、離子源、氣路系統、寬光譜監控系統；基片夾具、擋板、靶材在真空腔內從上至下依次設置，氣路系統與擋板連通向真空腔中提供氣體，寬光譜監控系統與所述真空腔連接實時監控薄膜沉積的厚度，實現在同一真空腔內既可進行離子束濺射沉積又可進行原子層沉積，無需跨真空腔轉移基片。

技術領域

本發明涉及光學薄膜沉積領域，特別涉及一種高精度低應力光學薄膜沉積方法及裝置。

背景技術

離子束濺射沉積技術(IBS)是利用離子源產生一定能量的離子束轟擊置于高真空中的靶材，使其原子濺射出來，沉積在基底成膜的過程。離子束濺射沉積技術，具有濺射所得的粒子能量較高，成膜質量好等優點。然而離子束濺射薄膜的壓應力過高，極易導致基片凸起。基片凸起會導致透過光學器件的光束發生畸變，嚴重者會導致膜層脫落。離子束濺射可以用于小口徑高精度薄膜器件的沉積，但難以用于對基片面型要求較高的場合，比如大口徑光學元件。截止目前，防止離子束濺射所致基片凸起的措施非常有限。現有技術中為了克服離子束濺射薄膜的壓應力過高的問題，試圖在基片背面沉積相同的薄膜。但此方法技術難度大，成本高。薄膜沉積過程的應力問題是需要迫切解決的難題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開了一種高精度低應力光學薄膜沉積方法，利用離子束濺射壓應力和原子層沉積(ALD)張應力相互補償的特征，克服薄膜沉積過程的應力問題。針對本發明中公開的一種高精度低應力光學薄膜沉積方法提供了一種光學薄膜沉積裝置實現在同一真空腔內既可進行離子束濺射沉積又可進行原子層沉積。

本發明采用如下技術方案：

本發明公開了一種高精度低應力光學薄膜沉積方法，在薄膜沉積的過程中交替進行離子束濺射沉積和原子層沉積。

進一步的，在薄膜沉積的過程中，離子束濺射和原子層沉積的順序、厚度可根據所需沉積薄膜的需求進行設計。

本發明公開了一種高精度低應力光學薄膜沉積裝置，包括真空腔、基片夾具、擋板、靶材、離子源、氣路系統、寬光譜監控系統。其中基片夾具、擋板、靶材在真空腔內從上至下依次設置，氣路系統與擋板連通向真空腔中提供氣體，寬光譜監控系統與真空腔連接實時監控薄膜沉積的厚度。

進一步的，基片夾具與真空腔活動連接，基片夾具上設置若干個第一通孔。基片夾具夾裝待鍍基片，第一通孔用于透過光線。

進一步的，活動連接可以為轉動連接或者可上下移動的連接。

進一步的，擋板尾部與真空腔轉動連接，在步進電機或鉸鏈的控制下擋板可沿豎直方向的軸轉動60°-90°，擋板轉動的過程可實現對基片夾具的遮擋(擋板不轉動)和不遮擋(擋板轉動)。

進一步的，擋板上表面設置氣體通道和至少一個第二通孔，氣體通道上設置若干個氣孔。氣孔用于氣體流入和流出，第二通孔用于透過光線。

進一步的，氣體通道形狀不限，可根據實際情況進行調整；進氣孔設置在氣體通道尾部，進氣孔與真空室外的氣路系統連接，連接管道可以為軟管；出氣孔設置在氣體通道頭部，擋板不轉動時，擋板上表面的氣體通道上的氣孔正對基片的待鍍面，出氣孔的具體位置和數量不限，可根據均勻性需求進行布局。

進一步的，離子源固定在真空腔內，離子源發射的離子束與所述靶材表面成30°-70°，使濺射離子能達到基片夾具。擋板開啟時，離子源發射離子束轟擊靶材使靶材上的原子濺射出來在待鍍基片上進行薄膜沉積。

進一步的，氣路系統包括閥門和至少兩條氣路，閥門控制氣路的閉合和氣體的流速。閥門包括流量閥和控制閥。