專利名稱：使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍍膜機(jī)，特別是一種使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法。
背景技術(shù)：
由于紫外光波長(zhǎng)短，熱效應(yīng)不強(qiáng)等獨(dú)特特性，使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、天文、偵破等領(lǐng)域。而紫外薄膜正是支持紫外光路系統(tǒng)的重要元件，它們的光學(xué)性能影響制約著整個(gè)系統(tǒng)的效率。近年來(lái)，對(duì)紫外薄膜的需求不斷增長(zhǎng)，給紫外膜的發(fā)展帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，薄膜元件光學(xué)性能的改善是提高紫外光路系統(tǒng)的整體性能的關(guān)鍵之一。對(duì)于多層膜的制備，除了選擇適當(dāng)?shù)哪ち?、蒸發(fā)工藝以及保證膜厚均勻性以外，還需要精確監(jiān)控每一層膜的厚度。光學(xué)監(jiān)控是高精密鍍膜的首選監(jiān)控方式，這是因?yàn)樗梢愿_地控制膜層厚度。光學(xué)厚度可以采用直接測(cè)控，即在基片上進(jìn)行測(cè)控，也可以在單獨(dú)的監(jiān)控片上進(jìn)行間接測(cè)控，間接監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)是靈活性強(qiáng)，但我們?cè)趹?yīng)用時(shí)必須能夠容忍監(jiān)控片與基片間的差異。波長(zhǎng)可以利用窄帶濾波器或單色儀進(jìn)行選擇。
紫外區(qū)有著與可見光區(qū)和紅外區(qū)不同的特性，因此必須認(rèn)真選擇光源及光路系統(tǒng)各元件，使之與監(jiān)控儀的工作波長(zhǎng)相匹配。鍍膜機(jī)的光控裝置如圖1所示包括光源1、透鏡2、調(diào)制器3、分束器4、濾光片5、透鏡6、監(jiān)測(cè)器7、透鏡8、上窗口9、監(jiān)控片102、下窗口13、透鏡14、濾光片15、透鏡16、監(jiān)測(cè)器17等，18為真空室，RS、TS分別為反射信號(hào)和透射信號(hào)。
配有紫外光路的現(xiàn)有鍍膜機(jī)的光學(xué)監(jiān)控波長(zhǎng)在紫外區(qū)最好可達(dá)到200nm，但是在波長(zhǎng)小于250nm時(shí)，監(jiān)控信號(hào)變?nèi)?、趨于不穩(wěn)定，監(jiān)控效果不理想，進(jìn)而影響薄膜的性能。特別是在波長(zhǎng)小于200nm時(shí)，比如在典型波長(zhǎng)193nm鍍制薄膜時(shí)，由于材料的吸收、散射以及這個(gè)波段對(duì)水吸收的敏感，常規(guī)光學(xué)監(jiān)控方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。解決的方案之一是封閉并密封光路上的相關(guān)元器件，在真空或充入氮?dú)獾那闆r下進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)還要對(duì)光源和單色儀等提出更高的要求。這樣需要對(duì)鍍膜機(jī)進(jìn)行大幅度的改造或者重新設(shè)計(jì)。盡管如此，該方案監(jiān)控過(guò)程中還是會(huì)由于真空度，氮?dú)饧兌燃傲髁康纫蛩囟鹦盘?hào)的不穩(wěn)定。
綜上所述，現(xiàn)有的光控方法無(wú)法滿足特定短波長(zhǎng)波段薄膜的鍍制需要。因而有必要尋求一種簡(jiǎn)單易行的方法對(duì)短波長(zhǎng)的薄膜進(jìn)行準(zhǔn)確的光學(xué)監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有鍍膜機(jī)的缺陷，提供一種使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法。該方法是在現(xiàn)有鍍膜機(jī)的光控系統(tǒng)的進(jìn)行的，以實(shí)現(xiàn)紫外薄膜的精確監(jiān)控與制備，提高設(shè)備的通用性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種在鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于包括下列步驟1)根據(jù)鍍膜機(jī)的監(jiān)控波長(zhǎng)范圍和設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，其中設(shè)計(jì)波長(zhǎng)是指需要鍍制的薄膜波長(zhǎng)，兼顧監(jiān)控信號(hào)理想與節(jié)省材料等因素，選擇控制波長(zhǎng)；2)設(shè)計(jì)加工擋板，設(shè)計(jì)依據(jù)如下圓形擋板圓環(huán)面積/(扇形槽面積之和)＝控制波長(zhǎng)/設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。在擋板上加工中心圓孔，扇形槽，在擋板外圓周上加工聯(lián)接孔；3)根據(jù)鍍膜機(jī)真空室的結(jié)構(gòu)與尺寸選擇擋板安裝方式，設(shè)計(jì)擋板的裝夾零件；4)將擋板安裝在鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，使擋板安裝在夾具正下方，其間距盡量小，以不超過(guò)5mm為宜，并保證不影響夾具轉(zhuǎn)動(dòng)；5)在旋轉(zhuǎn)夾具中心設(shè)置控制片，在圓周上設(shè)置基片；其中控制片可以有單獨(dú)的控制片夾具；6)關(guān)閉真空室，在一定工藝條件下鍍膜，同時(shí)利用監(jiān)控波長(zhǎng)光對(duì)控制片進(jìn)行監(jiān)控；7)薄膜制備好以后，冷卻后充氣，打開真空室取出樣品，對(duì)樣品進(jìn)行分析測(cè)試；8)根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)試波長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)整控制波長(zhǎng)以使基片薄膜的實(shí)際波長(zhǎng)在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)允許的誤差范圍之內(nèi)，再進(jìn)行批量薄膜鍍制。
所述的擋板還可為扇形擋板，該扇形擋板的圓環(huán)面積/(圓環(huán)面積-扇形面積)＝控制波長(zhǎng)/設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。
所述的擋板可以設(shè)計(jì)為平面或球面。
所述的控制片可以設(shè)單獨(dú)的控制片夾具。
采用本發(fā)明的基本原理是薄膜的幾何厚度與光學(xué)厚度成一定比例關(guān)系，因此采用單獨(dú)的監(jiān)控片進(jìn)行膜厚控制時(shí)，在鍍膜過(guò)程中使用擋板，使基片的膜料被均勻遮擋掉一定比例，而控制片的膜料不被遮擋，以實(shí)現(xiàn)控制片上的膜厚與基片上的膜厚成一定比例，控制片上的膜厚與監(jiān)控波長(zhǎng)相符，基片上的膜厚由監(jiān)控波長(zhǎng)與擋板的形狀所決定，為控制片上的膜厚的幾分之一，從而達(dá)到用長(zhǎng)波做監(jiān)控波長(zhǎng)控制短波長(zhǎng)薄膜制備的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.使普通鍍膜機(jī)的鍍膜波段向短波方向大幅度擴(kuò)展(可擴(kuò)展到VuV波段)，顯著的提高了設(shè)備的利用效率與使用性能，尤其是增強(qiáng)了設(shè)備的通用性；2.極大的簡(jiǎn)化了短波長(zhǎng)(尤其是VUV/DUV波段)薄膜的鍍制對(duì)鍍膜機(jī)光控系統(tǒng)的要求，同時(shí)可有效避免從控制信號(hào)不理想的波段取監(jiān)控波長(zhǎng)，提高了膜厚監(jiān)控的準(zhǔn)確性，進(jìn)而可改善薄膜的性能；3.采用該方法設(shè)計(jì)的系列擋板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，通用性好，可通過(guò)改變控制波長(zhǎng)與設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的比例靈活選擇控制波長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明光控裝置示意2是本發(fā)明扇形擋板示意3是本發(fā)明圓形擋板示意4是本發(fā)明擋板安裝示意5是本發(fā)明聯(lián)接件的安裝示意圖
具體實(shí)施例方式使用擋板的光控裝置示意圖見圖1，具體的實(shí)施過(guò)程如下在鍍膜機(jī)的真空室18內(nèi)使用擋板11，該擋板11固定安裝于旋轉(zhuǎn)夾具10的正下方，與旋轉(zhuǎn)夾具10同心，并且在高度方向上盡量與旋轉(zhuǎn)夾具10接近，以保證實(shí)際波長(zhǎng)與設(shè)計(jì)波長(zhǎng)誤差盡量小。擋板11為金屬薄板，呈扇形或者圓形，圓心處預(yù)留略大于控制片的圓孔，使控制片不被遮擋。扇形擋板11’其余部分為實(shí)心，不去除材料，如圖2所示。圓形擋板11如圖3所示，在圓周方向上開均勻分布的扇形槽112，中心開有略大于控制片102的圓孔111，113為實(shí)體部分，設(shè)有為聯(lián)接孔114，聯(lián)接孔形狀與個(gè)數(shù)根據(jù)具體情況而定。另外根據(jù)鍍膜機(jī)旋轉(zhuǎn)夾具10的形式，擋板11還可以設(shè)計(jì)為球面，擋板11也可以結(jié)合改善均勻性進(jìn)行設(shè)計(jì)。
鍍膜時(shí)，擋板11固定不動(dòng)，基片101隨旋轉(zhuǎn)夾具10旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于擋板11圓心處有略大于控制片102的111圓孔，使位于擋板11正上方且間距很小的控制片102基本不受擋板11的影響，控制片102上的膜厚與監(jiān)控波長(zhǎng)相符。隨著旋轉(zhuǎn)夾具10的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，位于圓周上的基片101則被擋板11均勻的按比例遮擋掉一部分膜料，結(jié)果使到達(dá)基片101的膜料減少，基片上101的膜厚為控制片102上的膜厚的幾分之一。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)控制波長(zhǎng)與設(shè)計(jì)波長(zhǎng)成一定比例，該比例基本由擋板11形狀所決定。
本發(fā)明方法的步驟如下第一步根據(jù)鍍膜機(jī)的監(jiān)控波長(zhǎng)范圍與設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，兼顧監(jiān)控信號(hào)理想與節(jié)省材料等因素，選擇控制波長(zhǎng)，設(shè)計(jì)擋板；第二步按照鍍膜機(jī)真空室的結(jié)構(gòu)與尺寸選擇合適的擋板安裝方式，并設(shè)計(jì)擋板裝夾零件，使擋板的裝卸簡(jiǎn)單并滿足上述安裝要求；第三步將擋板安裝在鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，在一定工藝條件下進(jìn)行薄膜制備。根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)試波長(zhǎng)，使實(shí)際波長(zhǎng)在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)允許的誤差范圍之內(nèi)。
這樣，就可以使用普通鍍膜機(jī)，從監(jiān)控信號(hào)理想的波段取監(jiān)控波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)短波長(zhǎng)薄膜的鍍制。提高了設(shè)備的使用性能與短波長(zhǎng)薄膜的監(jiān)控精度。
實(shí)施例1使用擋板實(shí)現(xiàn)193nm薄膜的制備193nm光學(xué)薄膜廣泛應(yīng)用于微電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。其中，微電子技術(shù)是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，而微電子技術(shù)的核心，是微細(xì)光刻技術(shù)。使用193nm波長(zhǎng)的100nm步進(jìn)掃描光刻機(jī)已成為目前光刻機(jī)的主要發(fā)展方向，其中193nm紫外薄膜是支持其光路系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。193nm光學(xué)薄膜波長(zhǎng)短，處于真空紫外波段(VUV)，難于監(jiān)控。現(xiàn)采用北儀廠生產(chǎn)的鍍膜機(jī)(型號(hào)為DMD-450)，該設(shè)備沒(méi)有紫外光路，控制波長(zhǎng)為可見光波段，在500nm-700nm范圍內(nèi)監(jiān)控信號(hào)理想。
第一步根據(jù)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)193nm與鍍膜機(jī)的理想監(jiān)控信號(hào)范圍500nm一700nm，采用圓形1/3擋板，在圓周方向上開如圖3所示的均勻分布的扇形槽112，扇形槽112的面積的總和為整個(gè)圓周面積的1/3，也就是說(shuō)擋掉部分面積為2/3，理論上講控制波長(zhǎng)為579nm(193nm×3)。擋板11外圓周上加工三個(gè)均布聯(lián)接孔114。
第二步該設(shè)備為旋轉(zhuǎn)平面夾具10，旋轉(zhuǎn)夾具10由三根圓形立柱12支撐，現(xiàn)采用三個(gè)聯(lián)接件121安裝該擋板11，聯(lián)接件121的一端加工圓孔與立柱12配合安裝于立柱12上，另一端加工圓孔用螺釘、螺母將擋板11安裝在聯(lián)接件121上面。圖4為擋板安裝示意圖，其中18為真空室，11為安裝于聯(lián)接件上的圓形擋板。擋板11安裝簡(jiǎn)單，易于拆卸。圖5為聯(lián)接件在支撐立柱上的安裝示意圖，其中121為聯(lián)接件，122、123為緊固螺釘，聯(lián)接件121位置可通過(guò)在立柱12上上下移動(dòng)，沿z方向以立柱中心線為轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整，位置調(diào)整好以后用緊固螺釘122、123固定于立柱12上。
第三步調(diào)試控制波長(zhǎng)，由于擋板存在制造誤差等原因，控制波長(zhǎng)為620nm時(shí)，實(shí)際波長(zhǎng)在193nm±2nm之間。
使用擋板實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有紫外光路的設(shè)備上鍍制193nm光學(xué)薄膜，并且監(jiān)控波長(zhǎng)取自該設(shè)備的理想波段，極大的提高了設(shè)備的使用性能與膜厚的監(jiān)控精度。
實(shí)施例2使用擋板實(shí)現(xiàn)355nm薄膜的制備隨著慣性約束激光核聚變對(duì)光能量要求的提高，以及激光器的快速發(fā)展導(dǎo)致倍頻激光具有十分重要的應(yīng)用前景，而倍頻激光膜已經(jīng)成為全固態(tài)激光器發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸?，F(xiàn)仍然采用北儀廠生產(chǎn)的鍍膜機(jī)(型號(hào)為DMD-450)，現(xiàn)使用圓形2/3擋板(擋掉部分面積為1/3)，安裝方式同實(shí)施例1?？刂撇ㄩL(zhǎng)調(diào)試為550nm時(shí)，實(shí)際波長(zhǎng)在355nm±2nm之間。
使用擋板實(shí)現(xiàn)了在該設(shè)備上鍍制355nm的光學(xué)薄膜，使設(shè)備更加具有通用性。
權(quán)利要求
1.一種在鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于基本原理是采用單獨(dú)的監(jiān)控片進(jìn)行膜厚控制，在鍍膜過(guò)程中使用擋板，使基片的膜料被均勻遮擋掉一定比例，而控制片的膜料不被遮擋，以實(shí)現(xiàn)控制片上的膜厚與基片上的膜厚成一定比例，控制片上的膜厚與監(jiān)控波長(zhǎng)相符，基片上的膜厚由監(jiān)控波長(zhǎng)與擋板的形狀所決定，為控制片上的膜厚的幾分之一，從而達(dá)到用長(zhǎng)波做監(jiān)控波長(zhǎng)控制短波長(zhǎng)薄膜制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用擋板來(lái)鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于該方法包括下列步驟1)根據(jù)鍍膜機(jī)的監(jiān)控波長(zhǎng)范圍和設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，其中設(shè)計(jì)波長(zhǎng)是指需要鍍制的薄膜波長(zhǎng)，兼顧監(jiān)控信號(hào)理想與節(jié)省材料等因素，選擇控制波長(zhǎng)；2)設(shè)計(jì)加工擋板(11)，設(shè)計(jì)依據(jù)如下圓形擋板圓環(huán)面積/扇形槽面積之和＝控制波長(zhǎng)/設(shè)計(jì)波長(zhǎng)在擋板(11)上加工中心圓孔(111)，扇形槽(112)，在擋板外圓周(113)上加工聯(lián)接孔(114)；3)根據(jù)鍍膜機(jī)真空室的結(jié)構(gòu)與尺寸選擇擋板安裝方式，設(shè)計(jì)擋板的裝夾零件；4)將擋板(11)安裝在鍍膜機(jī)的真空室(18)內(nèi)，使擋板(11)安裝在夾具(10)正下方，其間距盡量小，以不超過(guò)5mm為宜，并保證不影響夾具轉(zhuǎn)動(dòng)；5)在旋轉(zhuǎn)夾具(10)中心設(shè)置控制片(102)，在圓周上設(shè)置基片(101)；6)關(guān)閉真空室，在一定工藝條件下鍍膜；7)薄膜制備好以后，冷卻、充氣，打開真空室取出樣品，對(duì)樣品進(jìn)行分析測(cè)試；8)根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)試波長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)整控制波長(zhǎng)以達(dá)到實(shí)際波長(zhǎng)在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)允許的誤差范圍之內(nèi)，再進(jìn)行批量薄膜鍍制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用擋板來(lái)鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于所述的擋板(11)還可為扇形擋板(11’)，該扇形擋板的圓環(huán)面積/(圓環(huán)面積-扇形面積)＝控制波長(zhǎng)/設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用擋板來(lái)鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于所述的擋板(11)可以設(shè)計(jì)為平面或球面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用擋板來(lái)鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其特征在于所述的控制片(101)可以設(shè)單獨(dú)的控制片夾具。
全文摘要
一種在鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)使用擋板鍍制紫外波段光學(xué)薄膜的方法，其基本原理是薄膜的幾何厚度與光學(xué)厚度成一定比例關(guān)系，采用單獨(dú)的監(jiān)控片進(jìn)行膜厚控制，在鍍膜過(guò)程中使用擋板，使基片的膜料被均勻遮擋掉一定比例，而控制片的膜料不被遮擋，以實(shí)現(xiàn)控制片上的膜厚與基片上的膜厚成一定比例，控制片上的膜厚與監(jiān)控波長(zhǎng)相符，基片上的膜厚由監(jiān)控波長(zhǎng)與擋板的形狀所決定，為控制片上的膜厚的幾分之一，從而達(dá)到用長(zhǎng)波做監(jiān)控波長(zhǎng)控制短波長(zhǎng)薄膜制備的目的。本發(fā)明是利用現(xiàn)有鍍膜機(jī)的光控系統(tǒng)進(jìn)行的，可實(shí)現(xiàn)紫外薄膜的精確監(jiān)控，提高了設(shè)備的通用性。
文檔編號(hào)G02B1/10GK1570201SQ200410018158
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者尚淑珍, 易葵, 張大偉, 占美瓊, 廖春艷, 邵建達(dá), 范正修 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所