一种镀膜设备及镀膜方法与流程

本发明涉及一种镀膜设备及镀膜方法，尤其涉及一种用于滤光片的镀膜设备及镀膜方法。

背景技术

随着科技的发展，在智能手机、车载激光雷达、安防门禁、智能家居、虚拟现实/增强现实/混合现实、3d体感游戏、3d摄像与显示等终端运用中逐步嵌入了人脸识别、手势识别等功能。相应的，为实现上述功能则需要用到近红外窄带滤光片，其能起到增透铜带中近红外光线，截止环境中可见光的作用。通常近红外窄带滤光片包括两个膜系，分别为ir带通膜系和长波通ar膜系。传统膜料和真空蒸发镀膜方式难以满足新兴市场需求，因此导致现有技术中的滤光片对近红外光线的增透效果以及截止可见光的效果较差，在一个较大角度范围内被摄物反射或发射光被红外传感器敏感捕获的光信号通带出现偏移，导致信号噪声增大，进而引起识别异常，从而导致将滤光片组装到人脸识别、手势识别等装置后，成像效果较差、识别精度不高，而且，传统技术中近红外窄带滤光片的生产效率低，难以满足日益增长的市场需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种镀膜设备及镀膜方法，解决滤光片生产效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种镀膜设备，包括真空室，设置在所述真空室中的靶材基座和基底夹具，所述靶材基座设置于所述基底夹具的上方；还包括电极切换装置；

所述电极切换装置与所述靶材基座相互连接，且所述靶材基座为偶数个。

根据本发明的一个方面，所述靶材基座上设置有线性位移装置；

沿竖直方向，所述线性位移装置驱动所述靶材基座往复移动。

根据本发明的一个方面，还包括：设置于所述真空室中与所述靶材基座相邻且用于提供并增强所述靶材基座位置等离子体运动速度的射频发生器,以及设置与所述真空室外部且与所述靶材基座相对的交变磁场装置。

根据本发明的一个方面，还包括：设置在所述真空室上的离子源和抽气装置，用于向所述真空室中通入气体的进气管，用于抽取所述真空室中气体的出气管；

所述进气管包括用于输送惰性气体的第一进气管和用于通入反应气体的第二进气管。

根据本发明的一个方面，所述进气管与所述出气管相对设置。

根据本发明的一个方面，所述电极切换装置为交流电极切换装置。

为实现上述发明目的，本发明提供一种镀膜方法，包括：

s1.在真空室中分别安装溅射靶材和基底，并将真空室中的压力控制在预设压力值；

s2.向所述真空室通入惰性气体，并将所述惰性气体电离后轰击所述溅射靶材和所述基底的表面进行预处理；

s3.向所述真空室中通入反应气体，在所述基底上镀制膜层，其中，以预设周期交替变换所述溅射靶材的电极性。

根据本发明的一个方面，所述惰性气体和所述反应气体通入的体积流量小于120sccm。

根据本发明的一个方面，所述惰性气体为氩气，所述反应气体为氢气或氧气；

若所述反应气体为氢气，则所述氩气与所述氢气的体积流量满足0.2≤vh2/var≤0.5，其中，所述vh2为氢气的体积流量，所述var为氩气的体积流量。

根据本发明的一个方面，步骤s3中，在所述基底上镀制膜层时，其溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率v满足：0.1nm/s≤v≤1nm/s。

根据本发明的一个方面，步骤s3中，所述膜层包括ir带通膜层和ar长波通膜层，所述ir带通膜层和所述ar长波通膜层分别镀制在所述基底相对的两侧；

所述ir带通膜层和所述ar长波通膜层分别采用第一折射率材料、第二折射率材料、第三折射率材料中的两种或三种交替镀制而成，其中，所述第一折射率材料的折射率小于3，所述第二折射率材料的折射率大于3，所述第三折射率材料的折射率小于4。

根据本发明的一个方面，所述ir带通膜层和所述ar长波通膜层分别与所述基底连接的一层采用所述第一折射率材料或所述第三折射率材料镀制；

所述ir带通膜层和所述ar长波通膜层分别与入射介质靠近的一层采用所述第一折射率材料或所述第三折射率材料镀制。

根据本发明的一个方面，所述第一折射率材料为nb2o5、ta2o5、tio2、sio2、zro2、si2n、sin、si2n3、si3n4中的一种或几种的混合物。

根据本发明的一个方面，所述第二折射率材料为氢化硅。

根据本发明的一种方案，偶数个靶材可以实现交替变换溅射靶材的电极性，从而实现本发明在镀膜过程中，使带正电荷的等离子体轮流轰击电极性为阴极的溅射靶材，从而避免的长时间轰击同一个溅射靶材而导致溅射靶材“中毒”，进而避免了在镀膜过程中，溅射靶材的失效，有效提高了溅射靶材的使用寿命，使设备可以连续进行镀膜生产，并且进一步提高了镀膜设备的镀膜效率。

根据本发明的一种方案，将靶材上的原子溅射到基底表面的，溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率设置在0.1nm/s≤v≤1nm/s的范围内，能够更好的匹配基底夹具所在旋转系统的抖动特性，从而使承载在基底夹具上的基底的盘差小于6nm，从而使基地上原子的附着更加均匀，进而使基底上镀膜的厚度均匀，使镀膜效果更好，镀膜性能更优。

根据本发明的一种方案，通过将氩气、氢气、氧气通入真空室中的体积流量设置为小于120sccm，并且当反应气体为氢气时，氩气与氢气的体积流量满足0.2≤vh2/var≤0.5，则可在镀制膜层的过程中有效改善镀膜的产品应力，从而使镀制的膜层内部结构更加稳定，改善了镀膜应力弯曲引起的均匀性差、膜层碎裂、崩膜、贴付胶水后脱膜等缺陷，提高了产品性能及良率，进一步保证了膜层的使用寿命和使用效果。

根据本发明的一种方案，通过采用离子源(对惰性气体进行电离后轰击溅射靶材和基底的表面，从而使溅射靶材和基底表面上的杂质被有效去除，保证了在镀膜过程中，溅射靶材和基底表面的洁净，从而对改善基底上镀制的膜层的质量有益，同时也可以提高基底对膜层原子的附着力。

根据本发明的一种方案，在基底上形成更致密沉积的膜层，具有更好的附着力、更强的硬度和抗划伤性能；具有更高的沉积速率，形成光滑平整的边界层和无定形层结构，因此具有更低的散射或吸收损失。通过本发明制作的近红外窄带滤光片，可以在高透过率的前提下，能极大地降低窄带滤光片通带中心波长随角度漂移量，提升了窄带滤光片过渡区的陡度，提高人脸识别、手势识别系统中信噪比，降低了膜层总厚度和镀膜总时间，降低了生产成本，为终端客户节约了使用成本。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的镀膜设备的结构图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的惰性气体体积流量与镀膜应力的关系图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式镀制的近红外窄带滤光片的结构图；

图4示意性表示根据本发明的一种实施方式镀制的近红外窄带滤光片透过率与波长曲线关系图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种镀膜设备包括真空室1，设置在真空室1中的靶材基座11、基底夹具12和电极切换装置13。在本实施方式中，靶材基座11与基底夹具12相对的设置在基底夹具12的上方。在本实施方式中，靶材基座11为偶数个，电极切换装置13与靶材基座11相互连接。通过电极切换装置13的切换作用，可以方便快捷的实现不同靶材基座11上的电极性呈现阴极。在本实施方式中，电极切换装置13为交流电极切换装置。

根据本发明的一种实施方式，靶材基座11上设置有线性位移装置。在本实施方式中，沿竖直方向(即图1中纵向)，线性位移装置驱动靶材基座11上下往复移动。通过线性位移装置实现靶材基座11与基底夹具12之间距离的准确调整，从而有利于在镀膜过程中靶材基座11位置的灵活调整。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种镀膜设备还包括射频发生器14(rf发生器14)。在本实施方式中，射频发生器14与靶材基座11相邻的设置在靶材基座11的一侧，在工作过程中，射频发生器14能够提供并增强等离子体的运动速度，从而增强了靶材基座11位置等离子体的密度，从而进一步提升溅射速率，改善基底成膜质量。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种镀膜设备还包括交变磁场装置19。在本实施方式中，交变磁场装置19位于真空室1外部且与靶材基座11相对设置。在本发明对基底夹具12上的基底b进行溅射镀膜的过程中，靶材基座11上的溅射靶材a为阴极，而基底夹具12上的基底为阳极，因此，在靶材基座11和基底夹具12具有用于对等离子进行加速的电场，通过交变磁场装置19对经过的等离子体的运动方向进行改变，使等离子体能够轰击到溅射靶材a或基底b上。通过交变磁场装置19产生电磁场引导等离子体轰击靶材或基底表面进行预处理。进而在镀膜过程中，通过等离子体可以改善膜层质量。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种镀膜设备还包括离子源15、抽气装置16、进气管17和出气管18。在本实施方式中，离子源15和抽气装置16固定安装在真空室1的侧壁上，并且分别与真空室1的内部相连通。通过离子源15可对通入真空室1中的惰性气体进行电离，使其生成具有正电荷的等离子体。在本实施方式中，离子源15可采用射频离子源。在本实施方式中，抽气装置16用于控制真空室中的气体压力。在本实施方式中，抽气装置16可以为真空泵。在本发明工作过程中，抽气装置16对真空室中的气体抽出，从而控制真空室1中的压力保持在设定的压力值。在本实施方式中，沿图1中横向，射频发生器14位于离子源15和靶材基座11之间，从而保证了射频发生器14能够对离子源15产生的等离子体及时进行加速，使其加速时间变长，进而有利于提高对溅射靶材a的轰击效果。同时，通过上述设置，离子源15产生的等离子体通过射频发生器加速为高能等离子体，并且在交变磁场装置19的交变磁场作用下，基底b和溅射靶材a之间的电场作用下，轰击靶材，进而使得交变磁场装置19能够充分控制被射频发生器14加速后的等离子体的方向，进一步对镀膜过程中提高镀膜质量有益。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，进气管17包括第一进气管171和第二进气管172。在本实施方式中，第一进气管172与真空室1的内部相连通，用于输送惰性气体，第二进气管172与真空室1的内部相连通用于输送反应气体。由于在镀膜过程中采用的反应气体具有多种(如两种)，则第二进气管172与反应气体的种类相对应的设置，通过将第二进气管172与反应气体相对应的设置，从而保证了每个第二进气管172输送气体的单一性，避免了反应气体的混合，有利于保证镀膜质量和工作效率。在本实施方式中，进气管17与出气管18相对设置，通过将进气管17与出气管18设置为相对的，从而保证了进入真空室1中的多余气体能够被及时从出气管18抽出。通过进气管17与出气管18的相对设置，进气管17与出气管18之间的相对距离短，从而使气体在流入真空室1至流出真空室1的过程中流动路径短，从而避免了反应气体在真空室流动对镀膜造成的影响，进一步提高了镀膜质量。在本实施方式中，进气管17位于靶材基座11的一侧设置，同样的出气管18位于基底夹具12的一侧设置，因此，进一步避免了向真空室1输入和抽出气体对膜层镀制时的影响，进而对保证镀膜质量有益。

根据本发明的一种实施方式，本发明的一种镀膜方法包括：

s1.在真空室1中分别安装溅射靶材a和基底b，并将真空室1中的压力控制在预设压力值。在本实施方式中，在真空室1中的靶材基座11上安装溅射靶材a，在本实施方式中，溅射靶材a可采用硅靶材或铌靶材，当然也可以为其它材料，根据具体情况而定。在底座夹具12上安装需要镀制膜层的基底b。控制靶材基座11上的线性位移装置调整靶材基座11的位置。接通抽气装置16电源，通过抽气装置16对真空室1进行抽气，使真空室1中的压力值达到预设的压力值，并停止运行。

s2.向真空室1通入惰性气体，并将惰性气体电离后轰击溅射靶材a和基底b的表面进行预处理。在本实施方式中，通过第一进气管171与惰性气体源相连通，并向真空室1中通入惰性气体。在本实施方式中，惰性气体通入的体积流量小于120sccm。离子源15开始工作，将输入的惰性气体电离生成带正电荷的等离子体。在本实施方式中，通过射频发生器14提供并增强靶材基座11周围的高能等离子体的浓度，并通过交变磁场装置19的作用，将高能等离子体分别轰击溅射靶材a和基底b的表面，从而去除溅射靶材a和基底b表面上的杂质(例如，水、氧化物和其它杂质)，去除的杂质从出气管18被抽出。在本实施方式中，惰性气体为氩气，当然还可以为其它惰性气体，根据实际情况可进行相应的替换。通过对惰性气体进行电离后轰击溅射靶材和基底的表面，从而使溅射靶材和基底表面上的杂质被有效去除，保证了在镀膜过程中，溅射靶材和基底表面的洁净，从而对改善基底上镀制的膜层的质量有益，同时也可以提高基底对膜层原子的附着力。

s3.向真空室1中通入反应气体，在基底上镀制膜层，其中，以预设周期交替变换溅射靶材a的电极性。在本实施方式中，以预定的时间间隔完成对溅射靶材a表面和基底b表面的预处理过程，则进一步通过第二进气管172向真空室1中通入反应气体，开始在基底b的表面上镀制膜层。在本实施方式中，惰性气体经过离子源15的电离作用后生成具有正电荷的等离子体，并且等离子体不断轰击溅射靶材a，使得靶材上的原子溅射到基底b表面并附着。反应气体在以预定压力通入真空室1后，反应气体与基底b表面附着的原子进行反应，从而完成膜层的镀制。在本实施方式中，反应气体通入的体积流量小于120sccm。

在本实施方式中，以预设周期通过电极切换装置13交替变换靶材基座11的电极性，使不同靶材基座11上的溅射靶材a的电极性以预定周期变换为阴极。例如，当靶材基座11为两个时，通过电极切换装置13使其中一个靶材基座11上的溅射靶材a的电极性为阴极，另一个靶材基座11上的溅射靶材a的不显电极性。当过一定时间(预设周期)后，电极性为阴极的溅射靶材a通过电极切换装置13的变换，使其电极性发生变换，而另一个溅射靶材a的电极性则变为阴极。通过交替变换溅射靶材a的电极性，从而实现本发明在镀膜过程中，使带正电荷的等离子体轮流轰击电极性为阴极的溅射靶材a，从而避免的长时间轰击同一个溅射靶材a而导致溅射靶材a“中毒”，进而避免了在镀膜过程中，溅射靶材a的失效，有效提高了溅射靶材a的使用寿命，保证了溅射反应的连续进行，并且进一步提高了镀膜设备的镀膜效率。在本实施方式中，在基底上镀制膜层时，其溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率v满足：0.1nm/s≤v≤1nm/s。将靶材上的原子溅射到基底表面，其溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率设置在0.1nm/s≤v≤1nm/s的范围内，能够更好的匹配基底夹具12所在旋转系统的抖动特性，从而使承载在基底夹具12上的基底b的盘差小于6nm，从而使基地上原子的附着更加均匀，进而使基底上镀膜的厚度均匀，使镀膜效果更好，镀膜性能更优。

根据本发明的一种实施方式，惰性气体采用氩气，反应气体采用氢气或氧气。在本实施方式中，氩气、氢气、氧气分别向真空室1中通入的体积流量小于120sccm，并且当反应气体为氢气时，氩气与氢气的体积流量满足：

0.2≤vh2/var≤0.5，

其中，所述vh2为氢气的体积流量，所述var为氩气的体积流量。

通过将氩气、氢气、氧气通入真空室1中的体积流量设置为小于120sccm，并且当反应气体为氢气时，氩气与氢气的体积流量满足0.2≤vh2/var≤0.5，则可在镀制膜层的过程中有效改善镀膜的产品应力，从而使镀制的膜层内部结构更加稳定，改善了镀膜应力弯曲引起的均匀性差、膜层碎裂、崩膜、贴付胶水后脱膜等缺陷，提高了产品性能及良率，进一步保证了膜层的使用寿命和使用效果。如图2所示，在温度150℃，反应气体氢气体积流量为35sccm，通过改变不同惰性溅射气体氩气流量分别在0.5mmd263玻璃基底镀120nm的si:h，可以发现随着氩气流量的提升，膜层应力先降低后升高。因此，采用上述设置条件时，可以极大地降低膜层应力,改善滤光片弯曲。

在本实施方式中，步骤s3中，基底b上镀制的膜层包括ir带通膜层和ar长波通膜层。ir带通膜层和ar长波通膜层分别镀制在基底b相对的两侧。在本实施方式中，ir带通膜层和ar长波通膜层分别采用第一折射率材料、第二折射率材料、第三折射率材料中的两种或三种交替镀制而成，例如，ir带通膜层和ar长波通膜层的镀制材料可分别采用两种材料进行镀制；或者，ir带通膜层和ar长波通膜层的镀制材料可分别采用三种材料进行镀制；或者，ir带通膜层采用两种材料镀制，ar长波通膜层采用三种材料镀制；或者ir带通膜层采用三种材料镀制，ar长波通膜层采用两种材料镀制。当采用两种材料镀制上述膜层时，则两种材料的组合可以为第一折射率材料和第二折射率材料或第一折射率材料和第三折射率材料或第三折射率材料和第二折射率材料，需要指出的是，第三折射率材料与第二折射率材料为不同的。当采用三种材料镀制上述膜层时，则三种材料的组合为第一折射率材料、第二折射率材料和第三折射率材料。在本实施方式中，第一折射率材料的折射率小于3，第二折射率材料的折射率大于3，第三折射率材料的折射率小于4。需要指出的是，第一折射率材料、第二折射率材料、第三折射率材料不同。在本实施方式中，第一折射率材料为五氧化二铌(nb2o5)、五氧化二钽(ta2o5)、二氧化钛(tio2)、二氧化硅(sio2)、二氧化锆(zro2)一氮化二硅(si2n)、一氮化硅(sin)、三氮化二硅(si2n3)、四氮化三硅(si3n4)中的一种或几种的混合物。第二折射率材料可以为氢化硅(si:h)，基底采用d263白玻璃或af32白玻璃材料。需要指出的是，ar长波通膜层为减反膜，即增透膜，ir带通膜层为红外截止膜。

如图3所示，根据本发明的一种实施方式，ir带通膜层和ar长波通膜层分别为多层膜结构。在本实施方式中，ir带通膜层和ar长波通膜层分别与基底b连接的一层采用第一折射率材料或第三折射率材料镀制。ir带通膜层和ar长波通膜层分别与入射介质靠近的一层采用第一折射率材料镀制或第三折射率材料镀制，通过采用第一折射率材料或第三折射率材料，其附着力优秀、硬度高、耐磨性好、抗侵蚀能力强的优点，从而实现本发明的镀膜在基底b上的附着效果好，强度高。

根据本发明的一种实施方式，参见图3所示，若ir带通膜层为具有五个子膜层的多层结构，并且当ir带通膜层为采用第一折射率材料和第二折射率材料两种材料镀制时，则首先在基底b的表面上镀制第一折射率材料构成第一子膜层，在第一子膜层上镀制第二折射率材料构成第二子膜层，在第二子膜层上镀制第一折射率材料构成第三子膜层，在第三子膜层上镀制第二折射率材料构成第四子膜层，在第四子膜层上镀制第一折射率材料构成第五子膜层。在本实施方式中，ar长波通膜层的镀制方式与上述方式相同，在此不再赘述。

根据本发明的另一种实施方式，参见图3所示，若ir带通膜层为具有五个子膜层的多层结构，并且当ir带通膜层为采用第一折射率材料和第三折射率材料两种材料镀制(需要指出的是，第一折射率材料与第三折射率材料为不同的，并且第三折射率材料的折射率大于第一折射率材料的折射率)时，则首先在基底b的表面上镀制第一折射率材料构成第一子膜层，在第一子膜层上镀制第三折射率材料构成第二子膜层，在第二子膜层上镀制第一折射率材料构成第三子膜层，在第三子膜层上镀制第三折射率材料构成第四子膜层，在第四子膜层上镀制第一折射率材料构成第五子膜层。在本实施方式中，ar长波通膜层的镀制方式与上述方式相同，在此不再赘述。

根据本发明的另一种实施方式，参见图3所示，若ir带通膜层为具有五个子膜层的多层结构，并且当ir带通膜层为采用第三折射率材料和第二折射率材料两种材料镀制(需要指出的是，第三折射率材料与第二折射率材料为不同的，并且第三折射率材料的折射率小于第二折射率材料的折射率)时，则首先在基底b的表面上镀制第三折射率材料构成第一子膜层，在第一子膜层上镀制第二折射率材料构成第二子膜层，在第二子膜层上镀制第三折射率材料构成第三子膜层，在第三子膜层上镀制第二折射率材料构成第四子膜层，在第四子膜层上镀制第三折射率材料构成第五子膜层。在本实施方式中，ar长波通膜层的镀制方式与上述方式相同，在此不再赘述。

根据本发明的另一种实施方式，参见图3所示，若ir带通膜层为具有五个子膜层的多层结构，并且当ir带通膜层为采用第一折射率材料、第二折射率材料和第三折射率材料三种材料镀制(需要指出的是，第三折射率材料与第二折射率材料为不同的，并且第二折射率材料的折射率大于第三折射率材料和第一折射率材料的折射率)时，则首先在基底b的表面上镀制第一折射率材料构成第一子膜层，在第一子膜层上镀制第二折射率材料构成第二子膜层，在第二子膜层上镀制第三折射率材料构成第三子膜层，在第三子膜层上镀制第二折射率材料构成第四子膜层，在第四子膜层上镀制第一折射率材料构成第五子膜层。在本实施方式中，ar长波通膜层的镀制方式与上述方式相同，在此不再赘述。

参见图4所示，根据本发明的镀膜设备镀制的成品特性曲线中可看出，通过本发明镀制的膜层可以满足在350-1200nm的光波范围内，仅在800-1200nm的光波范围区间中的特定波段存在一个高透过率的通带，其它波段全部被截止，截至度达od2以上。因此，通过本发明的镀膜设备和镀膜方法，可以实现800-1200nm光波范围内，第二折射率材料的折射率大于3.55，消光系数小于0.002；从而极大地改善红外窄带滤光片随入射角度变化而引起通带中心波长漂移量，在0°和30°入射角时通带中心波长漂移量小于15nm。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。