专利名称：光学薄膜成膜的直接式光学监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学薄膜成膜技术，特别是涉及一种光学薄膜成膜的直接式光学监控系统的技术。
背景技术：
光学薄膜的制备，是通过在样品片上镀制不同厚度的膜层，来达到设计要求的膜系结构。成膜作业时先将样品片放置在工件盘上，再加热蒸发源材料，使其蒸发附着在样品片上，由于蒸发源材料蒸发后在整个工件盘上通常是不均勻分布的，因此为了得到整个工件盘上膜厚的均勻分布，在环向上通常都使工件盘高速旋转来平均膜厚，在径向上则利用一定形状的修正板来进行修正。为了保证镀膜的膜层厚度能达到设计要求，在光学薄膜制备过程中还需要对膜层厚度进行监控，光学监控技术是光学薄膜制备过程中最有效的膜厚监控技术之一。光学监控方法的工作原理如下在成膜作业过程中用光源照射监控片，透过监控片的光或由监控片反射的光由透镜组件聚光后送入一光接收装置，在成膜过程中随着监控片上膜厚的增长，光接收装置接收到的光量信号(透过率或反射率)会呈现出类似正弦波的变化，根据光接收装置接收到的光量信号计算出监控片上的膜层厚度，再根据计算出的膜层厚度，由人工或计算机对成膜作业停止时刻进行判断，从而达到控制膜层厚度的目的。现有光学薄膜成膜的光学监控方法有两种，一种为间接式光学监控方法，另一种为直接式光学监控方法。采用间接式光学监控方法时，可在工件盘上放置多个样品片，在工件盘中心部位放置一监控片，在成膜作业过程中通过对监控片的膜层厚度进行监控，来达到控制样品片膜层厚度的目的。该方法的监控对象只是监控片，而用户需要的产品是放在工件盘上的样品片，在成膜作业过程中样品片会随着工件盘的旋转绕工件盘的旋转轴转动，而监控片都放置在工件盘中心部件，不会绕工件盘的旋转轴转动，监控片上的膜厚与样品片上的膜厚比值通常称为Tooling值，若这个Tooling值在整个成膜过程中保持不变，则可通过监控片上的膜厚反演出样品片的膜厚，从而达到间接监控样品片膜厚的目的。但是，蒸发源材料的蒸发特性会随着成膜作业的进展发生变化，Tooling值也会随之而发生变化，例如随着蒸发材料的逐渐减少，蒸发表面会逐渐降低，使得蒸发源的相对位置发生变化，使得Tooling值也随之发生变化；影响Tooling值的因素有很多，虽然可以采用一些方法有效减少Tooling 值的变化，但是不可能完全避免，而且Tooling的变化趋势及变化幅度难以预先准确估计， 因此采用间接式光学监控方法得到的样品片膜厚精度较低。采用直接式光学监控方法时，将样品片直接放置在工件盘中心，在成膜作业过程中通过直接监控样品片来控制膜厚。该方法由于监控片就是样品片本身，因此克服了间接式光学监控方法中的Tooling值变化问题，可相对认为监控点处的Tooling值始终为1，因此采用直接式光学监控方法得到的样品片膜厚精度较高。但是，现有直接式光学监控方法中，光源和透镜组件都是固定在成膜内腔中的，光源和透镜组件之间的连接光路通常都固定在工件盘中心部位，因此样品片也只能放置在工件盘中心部位，使得工件盘上通常只能放置一个样品片，其产能较低。
实用新型内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能保证膜厚控制精度的同时提高产能的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，包括成膜腔体、光源灯泡、光纤、聚光透镜组件和光接收装置，所述成膜腔体内设有一水平转动的工件盘，所述光源灯泡及聚光透镜组件均安装在成膜腔体内，所述光纤的输出端连接光接收装置，其受光端经聚光透镜组件光路连接光源灯泡，且所述聚光透镜组件与光源灯泡之间的连接光路穿过工件盘；其特征在于所述成膜腔体内固设有一透镜支架、一光源支架，所述透镜支架及光源支架分别位于工件盘的上下两侧，且透镜支架及光源支架的架体均从工件盘中部延伸至工件盘边缘；所述透镜支架上设有沿工件盘的径向移动的透镜固定件，并设有用于固定透镜固定件位置的透镜定位件，所述聚光透镜组件固定在透镜固定件上；所述光源支架上设有沿工件盘的径向移动的光源固定件，并设有用于固定光源固定件位置的光源定位件，所述光源灯泡固定在光源固定件上。进一步的，所述光接收装置包括数据处理器，及用于将光单色化的单色仪，用于将光信号转化成电信号的光电转换器； 所述数据处理器设有光量电信号采集口及通信接口，其光量电信号采集口连接光电转换器的电信号接口；所述单色仪的光入射口连接光纤的输出端，其光出射口连接光电转换器的光信号接口。进一步的，所述成膜腔体内设有一水平转动的工件盘驱动环，所述工件盘挂置于该工件盘驱动环上。进一步的，还包括常开型的原点触发开关，及用于检测工件盘放置角度的旋转编码器，所述数据处理器设有两个角度信号输入口，其两个角度信号输入口分别电气连接原点触发开关及旋转编码器；所述旋转编码器的转轴与工件盘驱动环的转轴齿合或轴接，所述工件盘驱动环的转轴上设有用于拨动原点触发开关闭合的拨杆。进一步的，安装在透镜支架上的聚光透镜组件为第一聚光透镜组件，所述成膜腔体中固设有用于间接式光学监控的第二聚光透镜组件。本实用新型提供的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，由于聚光透镜组件及光源灯泡的位置都是可调节的，其监控位置不再是工件盘的转动中心，而是绕一条圆环线，而且监控片本身就是样品片，非监控片也可以放置在监控环线周边，因此径向上Tooling值变化很小，能在保证样品片膜厚控制精度的同时提高产能，为兼顾精度与产能提供了可调节手段。
图1是本实用新型实施例的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，包括成膜腔体1、光源灯泡2、光纤、聚光透镜组件3和光接收装置，所述成膜腔体1内设有一水平转动的工件盘4，所述光源灯泡2及聚光透镜组件3均安装在成膜腔体1内，所述光纤的输出端连接光接收装置，其受光端经聚光透镜组件3光路连接光源灯泡2，且所述聚光透镜组件3与光源灯泡之间的连接光路穿过工件盘4 ；其特征在于所述成膜腔体1内固设有一透镜支架5、一光源支架6，所述透镜支架5及光源支架6分别位于工件盘4的上下两侧，且透镜支架5及光源支架6的架体均从工件盘4中部延伸至工件盘4边缘；所述透镜支架5上设有沿工件盘4的径向移动的透镜固定件(图中未示)，并设有用于固定透镜固定件位置的透镜定位件(图中未示)，所述聚光透镜组件3固定在透镜固定件上；所述透镜支架上设有用于透镜固定件移动导向的直线形透镜导向槽(图中未示)，所述透镜固定件滑动安装在透镜导向槽内，所述透镜定位件是一透镜定位螺栓；所述光源支架6上设有沿工件盘4的径向移动的光源固定件(图中未示)，并设有用于固定光源固定件位置的光源定位件(图中未示)，所述光源灯泡2固定在光源固定件上； 所述光源支架上设有用于光源固定件移动导向的直线形光源导向槽(图中未示)，所述光源固定件滑动安装在光源导向槽内，所述光源定位件是一光源定位螺栓。本实用新型实施例中，所述光接收装置包括数据处理器7，及用于将光单色化的单色仪8，用于将光信号转化成电信号的光电转换器9 ；所述数据处理器7设有光量电信号采集口及通信接口，其光量电信号采集口连接光电转换器9的电信号接口；所述单色仪8的光入射口连接光纤的输出端，其光出射口连接光电转换器9的光
信号接口。本实用新型实施例中，所述成膜腔体1内设有一水平转动的工件盘驱动环10，所述工件盘4挂置于该工件盘驱动环10上。本实用新型实施例中，还包括常开型的原点触发开关11，及用于检测工件盘放置角度的旋转编码器12，所述数据处理器7设有两个角度信号输入口，其两个角度信号输入口分别电气连接原点触发开关11及旋转编码器12 ；所述旋转编码器12的转轴与工件盘驱动环10的转轴齿合或轴接，所述工件盘驱动环10的转轴上设有用于拨动原点触发开关11 闭合的拨杆(图中未示)。本实用新型实施例中，所述数据处理器是单片机，所述单色仪、光电转换器、旋转编码器均为现有技术。本实用新型实施例中，安装在透镜支架上的聚光透镜组件3为第一聚光透镜组件，所述成膜腔体1中固设有用于间接式光学监控的第二聚光透镜组件13。本实用新型实施例的使用步骤如下1)将数据处理器通过通信线缆连接到一用于控制成膜作业停止时刻的上位计算机，并在上位计算机中设置一膜层厚度控制值；[0031]将蒸发源材料14放置在成膜腔体底部，将多片成膜样品片15放置在工件盘上，并绕工件盘的旋转轴心布设成单圆环状或多圆环状，然后设定位于其中一个圆环线上的各样品片为监控片；2)通过透镜定位件及光源定位件调节第一聚光透镜组件及光源灯泡的位置，使第一聚光透镜组件与光源灯泡之间的连接光路穿过各监控片所在的圆环线；3)转动工件盘至工件盘驱动环转轴上的拨杆拨动原点触发开关闭合，使原点触发开关向数据处理器发送一个零点信号，数据处理器收到零点信号后即将工件盘转动角度值记为0;4)在工件盘不转动情况下，调节第一聚光透镜组件及光源灯泡，使第一聚光透镜组件与光源灯泡之间的连接光路垂直穿过监控片；此时第一聚光透镜组件将由光源灯泡发出的穿过监控片的光聚光后经光纤送入单色仪，单色仪将接收到的光束单色化后送入光电转换器，光电转换器将接收到的单色光转换为电信号后送入数据处理器，数据处理器根据接收到的电信号计算出光量最大值；5)控制工件盘勻速转动，并加热蒸发源材料14进行成膜作业，在成膜作业过程中，蒸发源材料的蒸汽附着在样品片上形成一层薄膜，监控片上的膜层厚度随着成膜作业的进程不断增长，数据处理器得到的电信号也随之变化，数据处理器根据接收到的电信号及步骤4所计算出的光量最大值，计算出光量变化值，并根据计算出的光量变值计算出监控片上的膜层厚度，然后将计算出的膜层厚度上传给上位计算机，上位计算机将收到的膜层厚度值与预先设定的膜层厚度控制值进行比较，如果收到的膜层厚度值达到预先设定的膜层厚度控制值，则控制成膜作业停止；在成膜作业过程中，数据处理器通过旋转编码器持续采集工件盘的旋转角度，并将采集到的旋转角度实时上传给上位计算机，以保证膜层厚度的控制精确度，工件盘驱动环的转轴上每转动一圈，该转轴上的拨杆即拨动原点触发开关闭合一次，使其向数据处理器发送一个零点信号，数据处理器收到零点信号后即将工件盘转动角度值回零，以消除工件盘转动一周后旋转编码器的累积误差。
权利要求1.一种光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，包括成膜腔体、光源灯泡、光纤、聚光透镜组件和光接收装置，所述成膜腔体内设有一水平转动的工件盘，所述光源灯泡及聚光透镜组件均安装在成膜腔体内，所述光纤的输出端连接光接收装置，其受光端经聚光透镜组件光路连接光源灯泡，且所述聚光透镜组件与光源灯泡之间的连接光路穿过工件盘；其特征在于所述成膜腔体内固设有一透镜支架、一光源支架，所述透镜支架及光源支架分别位于工件盘的上下两侧，且透镜支架及光源支架的架体均从工件盘中部延伸至工件盘边缘；所述透镜支架上设有沿工件盘的径向移动的透镜固定件，并设有用于固定透镜固定件位置的透镜定位件，所述聚光透镜组件固定在透镜固定件上；所述光源支架上设有沿工件盘的径向移动的光源固定件，并设有用于固定光源固定件位置的光源定位件，所述光源灯泡固定在光源固定件上。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，其特征在于所述光接收装置包括数据处理器，及用于将光单色化的单色仪，用于将光信号转化成电信号的光电转换器；所述数据处理器设有光量电信号采集口及通信接口，其光量电信号采集口连接光电转换器的电信号接口；所述单色仪的光入射口连接光纤的输出端，其光出射口连接光电转换器的光信号接
3.根据权利要求2所述的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，其特征在于所述成膜腔体内设有一水平转动的工件盘驱动环，所述工件盘挂置于该工件盘驱动环上。
4.根据权利要求3所述的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，其特征在于还包括常开型的原点触发开关，及用于检测工件盘放置角度的旋转编码器，所述数据处理器设有两个角度信号输入口，其两个角度信号输入口分别电气连接原点触发开关及旋转编码器； 所述旋转编码器的转轴与工件盘驱动环的转轴齿合或轴接，所述工件盘驱动环的转轴上设有用于拨动原点触发开关闭合的拨杆。
5.根据权利要求1所述的光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，其特征在于安装在透镜支架上的聚光透镜组件为第一聚光透镜组件，所述成膜腔体中固设有用于间接式光学监控的第二聚光透镜组件。
专利摘要一种光学薄膜成膜的直接式光学监控系统，涉及光学薄膜成膜技术领域，所解决的是保证膜厚控制精度的同时提高产能的技术问题。该系统包括成膜腔体、光源灯泡、光纤、聚光透镜组件和光接收装置，所述成膜腔体内设有一水平转动的工件盘，所述光源灯泡及聚光透镜组件均安装在成膜腔体内，所述光接收装置经光纤及聚光透镜组件光路连接光源灯泡；所述成膜腔体内固设有一透镜支架、一光源支架，所述透镜支架及光源支架的架体均从工件盘中部延伸至工件盘边缘；所述聚光透镜组件固定在透镜固定件上，所述光源灯泡固定在光源固定件上，且聚光透镜组件及光源灯泡的固定位置均可调节。本实用新型提供的系统，为兼顾精度与产能提供了可调节手段。
文档编号G02B1/10GK202133819SQ20112012210
公开日2012年2月1日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者宫健, 范宾, 长家武彦, 龙汝磊 申请人:光驰科技(上海)有限公司