[發(fā)明專利]一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010620578.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN113862629A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉書琴
• 申請（專利權(quán)）人: 劉書琴
• 主分類號: C23C14/54
• 分類號: C23C14/54;C23C16/52
• 代理公司: 深圳國海智峰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44489
• 代理人: 劉軍鋒

1.一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括真空室、工件盤、夾具孔、光源、光譜采集儀、信號傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)，其中：

所述工件盤置于所述真空室內(nèi)，所述光譜采集儀置于所述真空室外部；

所述夾具孔設(shè)置在所述工件盤上，所述工件盤旋轉(zhuǎn)過程中，所述夾具孔所在圓環(huán)與所述光源和光譜采集儀構(gòu)成的光路相交；

所述夾具孔包括與所述工件盤的旋轉(zhuǎn)軸等距設(shè)置的第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔或第二通孔上放置監(jiān)控片；

所述光譜采集儀和所述上位機(jī)通過所述信號傳輸系統(tǒng)通信連接；

當(dāng)采集參數(shù)為薄膜透射率光譜時，所述光源置于所述工件盤下方，所述光源發(fā)出的光線透過所述夾具孔被所述光譜采集儀采集；

當(dāng)采集參數(shù)為薄膜反射率光譜時，所述光源置于所述真空室外部，所述光源發(fā)出的光線沿光纖射至所述夾具孔并反射至所述光譜采集儀中采集；

所述光譜采集儀實(shí)時采集光譜信息并通過所述信號傳輸系統(tǒng)傳送至所述上位機(jī)，所述上位機(jī)利用所述光譜信息計算當(dāng)前的膜層厚度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜采集儀內(nèi)包括依次設(shè)置的窗口濾光片、光闌、聚焦元件、分光元件和感光元件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一通孔或第二通孔為臺階狀結(jié)構(gòu)，用于放置所述監(jiān)控片；所述監(jiān)控片為石英片或玻璃片。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔與所述工件盤的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離在20mm以上；所述第一通孔和第二通孔與旋轉(zhuǎn)軸連線的夾角為10-180°。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述工件盤旋轉(zhuǎn)一周，所述光譜采集儀采集多組光譜信息并取平均值得到透過薄膜或經(jīng)薄膜反射的光譜強(qiáng)度I_m、光源光譜強(qiáng)度I_S和噪聲光譜I₀。

6.一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的監(jiān)控系統(tǒng)對光學(xué)薄膜的厚度進(jìn)行監(jiān)控。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)工件盤旋轉(zhuǎn)速度和光譜采集頻率確定夾具孔和監(jiān)控片的口徑；根據(jù)光源和光譜采集儀的位置確定夾具孔在工件盤上的位置；

(2)工件盤旋轉(zhuǎn)，光源交替照射夾具孔所在圓環(huán)的各位置，光譜采集儀實(shí)現(xiàn)對透過薄膜或經(jīng)薄膜反射的光譜強(qiáng)度I_m、光源光譜強(qiáng)度I_S和噪聲光譜I₀的交替采集；

(3)信號傳輸系統(tǒng)將所述光譜采集儀采集到的光譜信息傳輸至上位機(jī)，所述上位機(jī)根據(jù)采集的光譜信息計算當(dāng)前膜層厚度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述上位機(jī)通過包絡(luò)法擬合進(jìn)行計算，所需的參數(shù)包括波長范圍、光譜、初始膜系設(shè)計參數(shù)、各膜層材料的色散、入射角；輸出的監(jiān)控數(shù)據(jù)包括實(shí)時光譜、目標(biāo)光譜、在鍍層薄膜實(shí)時厚度及誤差范圍、在鍍層目標(biāo)厚度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述上位機(jī)在線測量單層膜或多層膜的光譜；所述上位機(jī)對單層膜或多層膜各膜層的色散進(jìn)行計算，所需計算參數(shù)包括波長范圍、光譜和初始膜系設(shè)計參數(shù)；輸出數(shù)據(jù)包括單層膜或多層膜中各膜層厚度，單層膜或多層膜中各膜層的色散。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控方法，其特征在于，所述方法還包括：所述上位機(jī)根據(jù)用戶指定的膜層色散和膜層厚度計算單層膜或多層膜的光譜，并根據(jù)用戶指定的光譜目標(biāo)進(jìn)行膜厚設(shè)計。