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

本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括真空室、工件盤、夾具孔、光源、光譜采集儀、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)，工件盤置于真空室內(nèi)，光譜采集儀置于真空室外部；夾具孔設(shè)置在工件盤上，工件盤旋轉(zhuǎn)過程中，夾具孔所在圓環(huán)與光源和光譜采集儀構(gòu)成的光路相交；夾具孔包括與工件盤的旋轉(zhuǎn)軸等距設(shè)置的第一通孔和第二通孔；第一通孔或第二通孔上放置監(jiān)控片；光譜采集儀和上位機(jī)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)通信連接。本發(fā)明利用光源、光譜采集儀、夾具孔等構(gòu)成光路，對(duì)沉積在工件盤上的薄膜的透過率或反射率光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過上位機(jī)計(jì)算實(shí)時(shí)獲知薄膜厚度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)薄膜厚度的在線直接監(jiān)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

光學(xué)薄膜泛指在光學(xué)器件或光電子元器件表面用物理化學(xué)等方法沉積的，利用光的干涉現(xiàn)象以改變其光學(xué)特性來產(chǎn)生增透、反射、分光、分色、帶通或截止等光學(xué)現(xiàn)象的各類膜系。光學(xué)薄膜的制備是一個(gè)復(fù)雜的過程，制備過程中包括環(huán)境真空條件、蒸發(fā)速率、基板溫度等工藝因素都會(huì)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響，其中影響最大的往往是薄膜的厚度均勻性。因此在薄膜制備設(shè)備中，往往都配有膜厚監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)階段用于光學(xué)薄膜厚度在線監(jiān)控的技術(shù)是晶振監(jiān)控。晶振監(jiān)控的工作機(jī)理是基于晶振片的固有頻率與其質(zhì)量的近似線性相關(guān)性，如下式所示。

其中，f為晶振片的振動(dòng)頻率，ρ_M和ρ_Q分別為膜料與晶振片的密度，d為膜料厚度，N是與石英晶體的幾何尺寸和切割類型相關(guān)的頻率常數(shù)。當(dāng)膜層質(zhì)量遠(yuǎn)小于晶振片的質(zhì)量時(shí)，石英晶體頻率的變化Δf與沉積薄膜厚度Δd_M呈近似線性關(guān)系。

通過測量固有頻率的變化，對(duì)橫截面積、薄膜密度等常數(shù)的數(shù)學(xué)處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積在晶振片上薄膜的質(zhì)量監(jiān)測，即可間接實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的在線監(jiān)控。然而針對(duì)現(xiàn)有晶振監(jiān)控技術(shù)，存在下述兩方面的缺點(diǎn)：

一方面，該監(jiān)控技術(shù)對(duì)薄膜厚度的監(jiān)控涉及對(duì)薄膜密度等中間常數(shù)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，屬于間接測量。確切薄膜密度實(shí)際上難以獲知，實(shí)踐中的普遍處理方式是采用橢偏儀等離線方式測量薄膜厚度，與晶振監(jiān)控所測的薄膜厚度進(jìn)行對(duì)比，從而得到真實(shí)的薄膜密度。因間接測量涉及到較多中間步驟，因此晶振監(jiān)控技術(shù)容易引入系統(tǒng)性誤差，造成厚度測量不精確，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。

另一方面，離子源輔助沉積是當(dāng)前薄膜行業(yè)普遍采用的工藝。晶振監(jiān)控技術(shù)卻難以應(yīng)用于該場合，其原因在于晶振片表面的金屬電極非常容易被離子束破壞，導(dǎo)致測量誤差極大甚至無法測量。因此，晶振監(jiān)控技術(shù)只適合于無離子源輔助的場合，勢(shì)必導(dǎo)致薄膜疏松等質(zhì)量問題，是當(dāng)今薄膜行業(yè)亟需解決的問題。

此外，晶振監(jiān)控因涉及到較多中間步驟，導(dǎo)致光學(xué)薄膜器件生產(chǎn)成本較高；而且晶振片價(jià)格昂貴，使用壽命較短，也增加了光學(xué)薄膜器件的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光學(xué)薄膜沉積在線膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)沉積在基片上薄膜的透過率或反射率光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過計(jì)算實(shí)時(shí)獲知薄膜厚度。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

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

工件盤置于真空室內(nèi)，光譜采集儀置于真空室外部；

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

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

第一通孔或第二通孔上放置監(jiān)控片；

光譜采集儀和上位機(jī)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)通信連接；