一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法及装置与流程

本发明涉及薄膜监控领域，特别涉及一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法及装置。

背景技术：

近年来，随着光学科学技术的不断发展，对薄膜元件的性能指标要求越来越高，薄膜元件膜系设计与制备变得越来越复杂，对沉积工艺精度要求越来越高。尤其在多层膜元件从膜系设计到制备工艺实现的复杂度和难度非常之高，在一些条件下比较复杂的多层膜元件的膜层数通常达到几十层甚至上百层。并且在这些膜系大多是非规整膜系，如何实现在多层膜中薄膜厚度的精确控制成为能否成功制备多层膜元件的关键。通常情况下，薄膜研制人员采用晶控法或光控法来监测沉积过程中薄膜厚度。

晶控法的优点在于信号易于读取，随着膜厚增加，频率线性地下降。主要缺点在于晶控片直接监控的是薄膜的物理厚度，对于沉积过程中薄膜材料的折射率波动无法监控，对于实现高精度薄膜厚度监控是困难的。

相比于晶控法，特别是在一些对薄膜厚度控制精确要求高的情况下，光控法由于其具有误差补偿的优势而被视为首选。但光控法由于控制片划分和监控波长的选取通常很难做到每一层薄膜的最佳监控，不可能使每一层薄膜的控制波长都落到信号变化最灵敏点，频繁更换控制波长又会导致系统误差的增大，因此，这些非灵敏层是多层膜制备过程中的主要误差来源，所以光控法中非灵敏层的出现会导致在多层膜沉积过程中的误差不断累计，这种累计误差的大小决定了多层膜系能否成功制备。

因此，光控方法制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法对于提高膜系制备精度，实现超多膜层膜系中对每一层沉积薄膜光学厚度的精确控制，并最终实现设计并制备出高性能薄膜元件具有重要意义。

技术实现要素：

针对在多层膜系光控波长调节过程中，光控法由于控制片划分和监控波长的选取通常很难做到每一层薄膜的最佳监控，本发明提出了一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法，该方法的方案如下：

一种在光控法制备多层膜薄膜元件过程中非灵敏层薄膜层采用“晶控+光控”结合方法，将光控中被镀非灵敏层采用分段制备，用晶控法制备非灵敏层一部分厚度，用光控法制备非灵敏层剩余部分。

在上述方案中，为提高非灵敏层的制备精度，利用晶控法制备薄层时频率变化的有效性，先通过晶振监控沉积出非灵敏层中一部分厚度，使其剩余厚度在光控信号中处于信号变化最灵敏区域。

在上述方案中，为提高非灵敏层中光控部分信号有效性，其中晶控法制备非灵敏层厚度需要根据非灵敏层自身厚度及所在光控信号变化中的趋势进行合理选择。

在上述方案中，为降低非灵敏层制备误差，采用先进行晶控法制备非灵敏层，后采用光控法制备非灵敏层的剩余部分，非灵敏层‘晶控部分+光控部分’沉积误差可以通过实际沉积终止点与理论值终止点的偏差实施修正补偿。

对应地，本发明还提供制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制装置用来实现上述的制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

利用晶控法制备薄层灵敏度高的优点，控制制备非灵敏层前端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，减少光控信号不灵敏带来的监控误差，利用光控法制备非灵敏层后端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，可以同时补偿晶控部分及光控本身控制沉积所带来的制备误差，采用光控与晶控结合的方式沉积多层膜薄膜元件中非灵敏层薄膜层，避免了只采用光控法制备非敏感层所带来的控制误差，显著提高了光控系统中非灵敏层的沉积精度。

附图说明

图1是本发明实施例中提供一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法的流程图；

图2是本发明实施例中提供一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

名词解释：

石英晶振法所谓石英晶振法即利用石英晶体材料中其固有的特性进行检测的方法。作为关键参数的精度,其往往取决于整体电路的稳定性、测试系统中晶体的相关参数以及探测头部装置的结构等等。石英监控法的最大特点就是监控简单不存在控制波长调节的误差，同时接收信号更容易被接收能够即时的记录蒸发过程中的蒸发参数，由于其以上特点，石英晶体监控装置更适应于自动蒸发装置。根据薄膜设计理论对膜系进行设计时发现有非周期膜层即不规整膜层，虽然不规整膜系具有优良的光学特性但是在膜层厚度控制方面却带来了很多困难。晶控系统对于非波长的膜层厚度的控制，目前主要采用的监控方法是石英晶体监控法该方法是基于石英晶体的压电效应和质量负荷效应对膜层进行监控的。

晶控法利用薄膜沉积过程中晶体频率的变化监测薄膜厚度的变化，其控制精度与晶控片基频有关，如果晶控片的基频越高，控制精度就越高。在沉积过程中，监控频率不断下降，随着薄膜厚度不断增加，晶控片灵敏度降低。由晶控片的频率下降值所得到的薄膜物理厚度，它与折射率的乘积即为控制的光学厚度。然而，膜层的折射率需要在沉积前预先标定，在实际薄膜沉积生长过程中薄膜的折射率会随着沉积环境、沉积参数的波动而与薄膜材料标定值产生一定的波动。

光控法采用在监控片上光谱信号变化检测薄膜元件表面的薄膜厚度沉积生长。根据已知多层膜各膜层的折射率和厚度，可以预先计算出各膜层终止时的反射率或透射率光谱值，然后按计算值控制每一层薄膜的沉积终止点。通过调节控制波长，使各层膜的控制波长选择在信号变化最灵敏的波长上。在多层膜系光控波长调节过程中，尽可能调节控制波长停镀在极值点过后的一段灵敏区域，据此实际沉积终止点与理论值终止点的偏差即可实施修正补偿。

结合图1所示，本发明实施例中提供一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法，该方法包括以下几个基本步骤：

S1、在多层膜系沉积过程中，通过控制片划分和监控波长的选取实现大多数薄膜膜层的最佳灵敏位置监控，在其中选出控制波长下监控光谱信号不灵敏的非灵敏层，用于误差控制优化。

S2、在选出控制波长下监控光谱信号不灵敏的非灵敏层，根据其自身物理厚度及所在光控系统中信号位置，将其划分为两部分分别进行晶振控制沉积和光控控制沉积。

S3、晶控沉积厚度部分与光控沉积厚度划分标准通常依据非灵敏层的总厚度及光控信号灵敏程度，划分原则为在晶控沉积厚度尽可能薄的前提下，光控沉积厚度部分获得最佳灵敏位置监控。

S4、将多层膜系沉积光控系统中每一非灵敏层都进行两部分划分，采用晶控、光控结合控制，完成对光控法中非灵敏层的在多层膜沉积过程中的误差控制。

利用晶控法制备薄层灵敏度高的优点，控制制备非灵敏层前端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，减少光控信号不灵敏带来的监控误差，利用光控法制备非灵敏层后端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，可以同时补偿晶控部分及光控本身控制沉积所带来的制备误差，采用光控与晶控结合的方式沉积多层膜薄膜元件中非灵敏层薄膜层，避免了只采用光控法制备非敏感层所带来的控制误差，显著提高了光控系统中非灵敏层的沉积精度。

本发明实施例中还提供一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法，包括：

确定多层膜膜系光控整体划分；

根据多层膜数据按膜类型划分出若干非灵敏单层膜；

针对每个单层膜配置对应的监控波长；

根据单层膜对应的监控信号灵敏度确定是否为光控中的非灵敏层；

将所述非灵敏层按照自身厚度和光控信号位置划分为晶振控制沉积层和光控控制沉积层；

对所述晶振控制沉积层进行晶控沉积控制；

当所述晶振控制沉积层完成晶控沉积后，对剩余的非灵敏层进行光控沉积，直至达到光控沉积目标值，得到所述光控控制沉积层；

依次完成对多层膜膜系中非灵敏膜的非灵敏区的沉积操作。

可选地，达到目标值时，所述光控控制沉积层光学厚度为所述非灵敏层目标厚度值。在镀膜过程中，膜层厚度增加后，其透过率或者反射率跟着变化，当达到目标值点时其光学厚度为膜层目标厚度值，利用这个控制膜厚。晶控法监控膜厚的原理为利用石英晶体振动频率与其质量成反比的原理，通过仪表监控频率控制膜厚的。

可选地，在进行晶振控制是振动频率与晶振控制沉积层质量成反比。

可选地，所述晶控沉积采用石英晶体的压电效应和质量负荷效应对膜层进行监控。

结合图2所示，上文中介绍了制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法，相应地，本发明实施例中还提供一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制装置，包括：

第一确定单元201，用于确定多层膜膜系光控整体划分；

第一划分单元202，用于根据多层膜数据按膜类型划分出若干非灵敏层；

配置单元203，用于针对每个单侧膜配置对应的监控波长；

第二确定单元204，用于根据每层单层膜对应的监控波长确定该单层膜是否为非灵敏层；

第二划分单元205，用于将所述非灵敏层按照自身厚度和光控信号位置划分为晶振控制沉积层和光控控制沉积层；

第一沉积单元206，用于对所述晶振控制沉积层进行晶控沉积控制；

第二沉积单元207，用于当所述晶振控制沉积层完成晶控沉积后对剩余的非灵敏层进行光控沉积直至达到光控沉积目标值，得到所述光控控制沉积层；

执行单元208，用于依次完成对多层膜中非灵敏膜的非灵敏区的沉积操作。

可选地，达到目标值时，所述光控控制沉积层光学厚度为所述非灵敏层目标厚度值。

可选地，在进行晶振控制是振动频率与晶振控制沉积层质量成反比。

可选地，所述晶控沉积采用石英晶体的压电效应和质量负荷效应对膜层进行监控。

利用晶控法制备薄层灵敏度高的优点，控制制备非灵敏层前端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，减少光控信号不灵敏带来的监控误差，利用光控法制备非灵敏层后端部分，使剩余光控沉积厚度部分落在最佳灵敏位置监控，可以同时补偿晶控部分及光控本身控制沉积所带来的制备误差，采用光控与晶控结合的方式沉积多层膜薄膜元件中非灵敏层薄膜层，避免了只采用光控法制备非敏感层所带来的控制误差，显著提高了光控系统中非灵敏层的沉积精度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种制备多层膜元件过程中非灵敏层误差控制方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。