一种基于白光的膜厚监控系统的制作方法

1.本实用新型涉及薄膜制备技术领域，具体涉及一种基于白光的膜厚监控系统。


背景技术：

2.光学监控系统是利用探测光线通过镀膜产品镀膜前后的变化而获知镀膜产品上薄膜光谱、厚度等信息的光学检测方法。
3.因为激光具有高亮度、方向性好等特点，现有的光学膜厚监控系统通常采用激光进行检测。例如申请号为202021180602.7的中国专利，公开了一种光学薄膜成膜直接式光学监控系统，采用两组激光光路进行检测，以提高检测精度。
4.但激光检测方式存在以下缺陷：1、激光波段范围狭窄，不同的激光只能检测与其波段范围对应的镀膜产品，镀膜产品的检测范围有限。2、镀膜产品在沉积过程中，随着镀膜厚度和沉积材料的改变，其光学特性也会随之变化，而当激光的波段不变时，采用激光检测则会产生一定的误差。
5.若直接采用波段范围更宽的白光代替激光进行检测，虽然提高了镀膜产品的波段检测范围，但仍具有以下问题：一方面，白光透过镀膜产品后有较大损耗，不便于后续数据分析，使得结果不精确；另一方面，白光具有较宽的波段范围，因此超出镀膜产品对应波段范围以外的光波段也会对检测结果产生影响。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于白光的膜厚监控系统，一方面，能够拓宽镀膜产品的检测范围，另一方面，提高检测结果的准确性。
7.本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
8.一种基于白光的膜厚监控系统，包括白光光源、腔距可调的f-p单色仪、光探测器、数据采集分析装置和用于放置镀膜产品的工件盘，所述工件盘的下方设置有白光光源，所述工件盘的上方设置有与白光光源位置对应f-p单色仪，所述f-p单色仪的上方对应设置有用于光电信号转换的光探测器，所述光探测器与数据采集分析装置电连接。
9.进一步，所述f-p单色仪包括平行布置的上反射镜面和下反射镜面，上反射镜面和下反射镜面之间形成f-p腔，所述上反射镜面和下反射镜面之间通过压电陶瓷连接。
10.进一步，所述上反射镜面和下反射镜面在f-p腔内侧涂有反射层。
11.进一步，还包括上位机，所述f-p单色仪和数据采集分析装置均与上位机电连接。
12.进一步，所述白光光源为白炽灯或卤素灯。
13.进一步，所述f-p单色仪的中心波长调节范围为0.3μm-17μm。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型的基于白光的膜厚监控系统，采用白光光源照射镀膜产品，通过f-p单色仪对入射光线进行多次反射和透射而相干叠加，光探测器检测进行光电信号转换后，再通过数据采集分析装置对光谱信息进行分析，得到产品镀膜厚度。在检测过程中，可以通过
改变压电陶瓷的电压使其产生形变，以改变f-p单色仪的上反射镜面和下反射镜面之间的距离，从而改变f-p单色仪的中心波长。使得f-p单色仪的中心波长与镀膜产品的波段相适应，能够拓宽镀膜产品的检测范围，提高检测精度。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
17.图1是本实用新型优选实施例公开的结构示意图；
18.图2是f-p单色仪结构示意图；
19.图3是镀制单通道增透光学薄膜设计值光谱图；
20.图4是镀制单通道增透光学薄膜实际测量值光谱图；
21.图5是镀制三通道增透光学薄膜设计值光谱图；
22.图6是镀制三通道增透光学薄膜实际测量值光谱图。
具体实施方式
23.下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.如图1和图2所示，本实用新型实施公开了一种基于白光的膜厚监控系统，包括白光光源1、腔距可调的f-p单色仪2、光探测器3、数据采集分析装置4和用于放置镀膜产品的工件盘5，所述工件盘的下方设置有白光光源，所述工件盘的上方设置有与白光光源位置对应f-p单色仪，所述f-p单色仪的上方对应设置有用于光电信号转换的光探测器，所述光探测器与数据采集分析装置电连接。其中，f-p单色仪和数据采集分析装置均与上位机电连接。在本实施例中，白光光源可以选择白炽灯或卤素灯。
27.本实施例的具体监测过程如下：
28.s1:在上位机中输入镀膜产品的设计值，包括中心波长、带宽、沉积材料和沉积层数等；
29.s2:在镀制沉积材料的过程中，通过白光光源发射出宽波段范围的检测光路，经过镀膜产品得到吸收光谱。
30.s3:吸收光谱入射至f-p单色仪中，得到设定中心波长的光谱。
31.s4:光探测器进行光电信号转换后将数据传输至数据采集分析装置。
32.s5:数据采集分析装置对光谱信息进行分析后，得到镀膜厚度、材料等信息，并传输至上位机。
33.s6:上位机根据实时检测到的镀膜厚度、材料等信息，对应调整f-p单色仪的腔距，使其处于最佳中心波长腔距。
34.s7:实时监测镀膜产品厚度信息，按照设计值逐层沉淀，直到达到设计要求。
35.作为优选的实施例，所述f-p单色仪包括平行布置的上反射镜面201和下反射镜面202，所述上反射镜面和下反射镜面在f-p腔内侧涂有反射层，上反射镜面和下反射镜面之间形成f-p腔，所述上反射镜面和下反射镜面之间通过压电陶瓷203连接。利用压电陶瓷的压电特性，通过改变外部电场使其产生形变，实现f-p单色仪的腔距可调。
36.作为优选的实施例，所述白光光源为白炽灯或卤素灯，是容易获得的常见白光灯型。
37.作为优选的实施例，所述f-p单色仪的中心波长调节范围为0.3μm-17μm，与白光光源的波长范围相适应。
38.应用实施例1：
39.如图3和图4所示，在离子溅射镀膜机上沉积单通道增透膜，输入中心波长为470nm，设置透射率为99％。沉积增透膜的基底为ge，镀膜材料选用低折射率材料sio2和高折射率材料ta2o5，两种材料交替进行沉积5次，构成单通道增透膜。其中图3为设计值，图4为实际测量值，可以看出增透与峰值透射率与设计良好符合，说明了本实施例系统在沉积单通道增透膜的精度控制方面有高精准度。
40.应用实施例2：
41.如图5和图6所示，在离子溅射镀膜机上沉积具有2.8μm波段、2.35μm波段及1.59μm波段三通道的红外滤光片，半高宽为100nm，峰值透过率达95％以上，截止区透过率小于0.1％。由si为基底及其表面的镀膜层由多层sio镀膜层和si镀膜层交替叠加。镀膜层中单层si镀膜层的厚度29～741nm，单层sio镀膜层的厚度为1～822nm。其中图5为设计值，图6为实际测量值，可以看出增透与峰值透射率与设计良好符合，说明了本实施例系统在沉积单通道增透膜的精度控制方面有高精准度。
42.将应用实施例1与应用实施例2所沉积单通道增透膜与三通道滤光片的透射率使用光谱仪进行检测，与设计值进行对比，结果如表1所示：
43.表1
44.光学薄膜测量值设计值单通道增透膜99.3％99％以上三带通红外滤光片98.6％95％以上
45.综上所述，本实施例的基于白光的膜厚监控系统，一方面，能够拓宽镀膜产品的检测范围，另一方面，检测结果具有较高的准确性。
46.上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述
列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。
47.同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
48.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
49.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。