薄膜光学技术-4-1.ppt

第四章 光学薄膜制造工艺 4.1 光学薄膜器件的质量要求 薄膜器件光学性能 光学常数(n, k, d) 折射率产生偏差的原因 聚集密度 微观组织物理结构(晶体结构) 膜层化学成分 薄膜器件机械性能 硬度 牢固度—（附着力） 薄膜器件环境稳定性 盐水盐雾、高湿高温、高低温、水浴、酸碱腐蚀 膜层填充密度对膜层质量的影响 4.2 影响膜层质量的工艺要素 PVD基本工艺过程: 工艺参数对薄膜性能的影响 4.2.1 影响膜层质量的工艺要素及作用机理 综合分析结果 PVD工艺因素对膜层性能的影响，主要集中在三类工艺因素对膜层四种性能的作用上： 显然，成膜原子/分子迁移能和凝聚力的大小，几乎对膜 层的所有性能都有影响。因此，PVD技术的发展，几乎 都是针对提高成膜粒子迁移能，凝聚力而进行的。 4.3.1 目视法 ： 依据薄膜的干涉色变化来控制膜层的厚度。 ——利用光电测光方法测量正在镀制膜层的T或R随膜层厚度增加过程中的极值个数，获得以λ/4为单位的整数厚度的膜层。 1. 原理： 由单层介质膜层的反射率公式 其中： 意即： ①. 对一个确定的λ，当 时， T或R有极值； ②. 对一个确定的n1d1, 当 时， T或R有极值. ①当选定一个λ作为监控波长时，只要膜层的光学厚度是λ/4的整数倍，其透射和反射光信号就具有一个或多个可供明确判断的极值； 例如：λ0=500nm时, nd=125nm (1个极值), nd=250nm (2个极值), ②对一个欲得到的膜层任意光学厚度（n1d1），一定存在一个或数个波长的光可用来依极值法原理监控其厚度。 例如： nd=250nm时, λ01=1000nm, (1个极值) λ02=500nm, (2个极值) λ03=250nm, (4个极值) 单层介质薄膜能量反射率随膜层厚度的变化规律 2. 典型装置 3.极值法使用中存在的两大缺陷 ①∵在T和R的极值点， ∴在T和R极值点附近， 也很小，极值点的准确判断是很困难的。 ②对任意膜层厚度 n1d1,虽然理论上存在波长λ，当n1d1=m λ/4 时，T和R有极值，但是在实际中，由于用于膜厚监控的光电系统中，光源、光学元件、光电传感器、以及膜料透明区的限制，使实际可用的波长λ限制在很窄的波段范围内。 4. 极值法监控技巧 极值法监控精度不高的主要原因是极值点的判读精度不高所致，也是极值法监控的原理所决定的。为了克服这一缺点，常用下列方法： ①. 过正控制—选用比由nd= λ/4确定的波长稍短一点的波长作为监控波长，允许T或R有一定的过正量，让停镀点避开极值点。 ②. 高级次监控（短波控制长波）—增大T或R的变化总幅度(总走值)，减小T或R的相对判读误差，提高膜层厚度的控制精度。 ③. 预镀监控片—通过提高监控片的Y，增大T或R的变化幅度，减小T或R的相对判读误差。 5. 极值法的改进 ⑴. 双光路补偿法 从入射光路中取出一束光信号—参考信号，以此作为测量信号的对比和参考的基准信号，而在膜厚仪上显示的只是测量信号与参考信号的差值部分。由此产生如下优点： ①扩大了信号变化部分的幅度，提高了判读精度（最好时可以达到 0.1%）。 例：前述的单光路极值法反射光监控精度3% ~ 8%，可相应提高到1% ~ 2.7%. ②电源、光源等因素引起的参考信号和测量信号的同步变化，并不改变差值变化。因此 ，降低了对光源稳定性的要求。 ⑵. 微分法 ——利用微分电路，将变化率最小的极值点改为对应变化率大的微分信号的零点。 即：① T或R的极值点判读改为：零点（定值）判定； ② 由于微分信号在零点处变化率最大，判读误差也就最小。 光电极值法监控的特点 只能用于监控光学厚度，不能用来监控几何厚度； 只能用于监控四分之一波长厚度，对于监控任意厚度无能为力。 4.3.3、任意膜厚的单波长监控 ⑴. 对所