光学镀膜工艺指导概要

閥，以免誤判
光学镀膜设备简介
2-1-5-2-4 製程分析
2-1-5-2-4-1 製程檔資料設定 2-1-5-2-4-2膜層分析 2-1-5-2-4-3膜材檔資料
光学镀膜设备简介
2-1-5-2-4-1 製程檔資料設定
开启制程资料设定：工具栏上方显示增加资料和删除资料，指 增加或删除膜层意思，点击增加资料后会弹出增加笔数画面， 可以输入需增加膜层层数，点击确认即可，删除资料也是同样。
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2-1-4-2-2石英监控： 也是被广泛使用的方法,当 石英被镀上膜层时,它的重 量会改变,当石英通电时,震 荡频率会改变,而且这个改 变是与仲谅相关的线性关系, 因此可以由震荡频率的改变, 精确的测量石英片上面增加 的重量,转而求出镀膜基板 上的增加的膜层厚度。
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光学镀膜原理
1-1-5真空系统
一个真空系统包含了两部份:一是真空腔体,一 是抽气系统。真空腔体是一个密闭空间,当抽气 系统抽离腔体空气时,腔体必须保持密封,不能 让外界的空气渗入。又由于真空度要求高,抽气 系统的帮浦,抽气能力必须很强。目前最先进的 真空设备,配备了冷冻帮浦(polycoid)和油扩散 式帮浦串联,可以得到 10-7 torr真空度。不过 在薄膜沉积的过程,部份的制程还需要导入一些 气体和电子枪或者离子枪做反应,因此10-4 ~10-7的真空度,对一般光学镀膜来说已经足够。
光学镀膜 AR coating工艺指导
熒茂科技有限公司
MILDEX Tech Inc 工程一部
工艺简介目录
1-光学镀膜原理 2-光学镀膜设备简介 3-镀膜靶材介绍 4-ARcoating 原理 5-ARcoating的设计方法
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光学镀膜原理
1-1光学镀膜之真空镀膜：
1-1-1真空镀膜主要指一类需要在较高真空度下进行的镀 膜，具体包括很多种类，包括真空离子蒸发，磁控溅射，MBE 分子束外延，PLD激光溅射沉积等很多种。主要有两类分成蒸 发和溅射两种。 需要镀膜的被成为基片，镀的材料被成为靶材或药材。 基片与靶材同在真空腔中。
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2-1真空蒸镀设备结构
真空蒸镀设备结构由六大 部分组成
2-1-1真空帮浦。 2-1-2蒸镀源。 2-1-3主腔体。 2-1-4监控系统。 2-1-5操作系统。 2-1-6辅助设备。
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2-1-1真空帮浦的作用？
作用抽去腔体内气体，使腔体内达到一定高真空的状态。 真空帮浦又分三种（RP）机械帮浦， （BP）罗茨帮浦,（DP）扩散帮浦。 机械帮浦主要抽去腔体内大部分气
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2-1-3腔体的构造 腔体是由腔门，主腔体，公转，伞架部分组成。
腔体整体结构
腔门 伞架
公转
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2-1-3-1公转的用途
公转装置于腔体内部镀膜中联动伞架的旋转治具：旋转模式有 很多种,公转，公自转比较常见,但是并没有哪一种旋转模式是 最好的,必须搭配蒸镀方式,靶材种类,工件形状来考虑公转的模 式，便用于伞架的放置，使基材得到均匀镀膜。
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2-1-2-2阻蒸系统
阻蒸原理是使用电极通过高电流加热 钨舟或钨丝……，使其加热到欲蒸镀 靶材的蒸发温度，靶材将徐徐蒸發， 靶材蒸发而后冷却，凝結于基材上面 形成膜层。 阻蒸优点：蒸镀膜层较厚的金属膜 速率比电子枪要高，电阻式蒸镀机设 备价格便宜,构造简单容易维护 。 缺点：热阻式蒸镀比较适合金属材料 的靶材,光学镀膜常用的介电质 (dielectric)材料,因为氧化物所需熔 点温度更高,大部分都无法使用电阻 式加温来蒸发。蒸镀的膜层硬度比较 差,密度比较低 。
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2-1-2-1-1电子枪加热优点和缺点 优点：经设计旋转式坩埚机制,可以蒸镀不同靶材材料的多层膜膜层。 可适当微调电子束轰击位置, 大幅提高膜层厚度的均匀性，可蒸发 高熔点的材料。
缺点：电子枪需要大量的电能消耗,因为需要使用10000~15000 伏特的电压持续数个小时,导致电子枪蒸镀系统,所耗的能量高于其 它方法。
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2-1-5-2-4-1-1材料：设定之此层所镀膜材料元素代号，如： TIO2….
2-1-5-2-4-1-2 膜厚：所蒸镀膜层的厚度，单位为KA (千 埃),。
2-1-5-2-4-1-3比率：指本机台的比率，比率的设定会影响 实际镀膜的厚度，设定膜厚*比率等于实际膜厚。
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体至低真空状态- 760~1 torr， 随着罗茨帮浦(F辅助帮浦)打开， 两组帮浦同时抽气至中真空1~10-3 torr，系统中设定一个中真空转高 真空的真空值，待中真空达到设定值时， 将会有个转换高真空的过程，关闭底阀， （DP）扩散帮浦会自动打开，高阀开启 三组帮浦同时抽气将达到所需要的高真空度： 高真空度(high) 10-4~10-7 torr。
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不同伞架结构对比
射出件伞架
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2-1-4 监控系统
2-1-4-1真空镀膜中监控系统的重要性：镀 膜机中的监控系统,是控制膜层厚度最重要的机制, 由于膜层厚度都是奈米级(nanometer) 的范围,所 以膜厚的量测也是高难度技术。如果膜厚监控不好, 堆栈后,过大的误差,将导致光学产品的功能无法达 到设计目标。监控有两个主要难点:第一,要如何正 确的量测奈米级的膜层厚度,尤其这个膜层还在生 成中。第二,当到达期望厚度后,镀膜机要非常敏感 的停止蒸镀(注意:膜层的厚度只有几奈米而已,稍 慢一点,厚度就会到达异常范围)。
2-1-3-2何为伞架？
伞架是盛放镀膜基板,并将其支撑在镀膜腔体上面的治具。由于 希望每个镀膜基板上的膜层厚度的均匀性都是一致的,所以伞架 都会在镀膜过程中旋转,让蒸发气体可以均匀的分布在伞架上每 一片基板上。膜厚不均匀会导致整个镀膜批的良率很低。虽然 尺寸较大的腔体可以容纳较多的基板,但是大腔体却不利于膜厚 的均匀度,因此镀膜机的设计,必须在产量与均匀性的要求中间 取得平衡。
個位數:4:->石英膜厚監控，自動切換膜層，膜層是否完成，判斷與切換由電腦自 動控制。
個位數:9:->自動融藥，融完藥後自動切至下一層，不會進入蒸著步驟。
1-1-2蒸发镀膜一般是加热靶材使表面组分以原子团或离 子形式被蒸发出来，并且沉降在基片表面，通过成膜过程（散 点－岛状结构-迷走结构-层状生长）形成薄膜。
1-1-3对于溅射类镀膜，可以简单理解为利用电子或高能 激光轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来， 并且最终沉积在基片表面，经历成膜过程，最终形成薄膜。
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2-1-4-2镀膜机的膜厚监控仪器
被应用在镀膜机膜厚监控上的仪器有三种： 光学 监控,石英监控,时间监控 ，而我们常见的只有两种： 光学监控和石英监控。
2-1-4-2-1光学监控：直接在镀膜机内安装 一台光谱仪,直接量测监控片。当监控片某些光学 特性符合时,代表膜层厚度已经到达。镀膜机停止 镀膜,完成一层的膜层产制。当下一个膜层开始镀 制时,使用一个新的监控片。因此一台镀膜机可以 镀多少层的产品,原则上取决于监控片的容纳数量， 适用于蒸镀多层介质膜。
2-1-5-2-4-1-4方法：
膜層切換控制方法，點選資料位置，即會出現資料框，框內所列之號碼就是此系統 所提供之所有膜層切換控制方法，可點選設定。
編碼以十位數(xx)表之
十位數:0或空白 ->表示該層使用電子鎗1
十位數:1 ->表示該層使用電子鎗2(雙鎗設備)
十位數:2 ->表示該層使用 1 號電極
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1-1-6真空度的分解
真空度大概被分成四个阶层： 粗真空度(Rough)760~1 torr, 中真空度(medium)1~10-3 torr. 高真空度(high) 10-3 ~10-7 torr . 超高真空度(ultra high) 10-7 torr~以上.
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1-2为什么需要真空呢?
十位數:3 ->表示該層使用 2 號電極
個位數:0:->光學膜厚監控、手動切換膜層，操作者需根據光譜，自行判
斷何時換層。
個位數:1:->光學膜厚監控、自動切換膜層，膜層是否完成，判斷與切換
由電腦控制。
個位數:2:->時間控制換層，蒸著時間設定於相對應之膜厚資料欄。
個位數:3:->離子鎗清潔(Clean)，清潔時間(秒)設定於相對應之膜厚資料欄。
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2-1-5-2软体参数编制系统-
蒸镀设备的品牌之多，不同设备配备的软体系统同 样众多，我司拥有的蒸镀设备为台湾龙翩生产，以下 为龙翩机台所配备系统架构： 2-1-5-2-1檔案 2-1-5-2-2硬體設定 2-1-5-2-3功能測試 2-1-5-2-4 製程分析 2-1-5-2-5製程監控
光学镀膜原理
1-1-4物理气相沉积技术
这个方法主要应用热升华或原子溅射的方法在 基板上沉积薄膜,它主要有三个过程
1-1-4-1 将钯材固态材料加热升华到气态。
1-1-4-2将气态的原子,分子,或离子加速通 过一个高度真空的空间,到达附着的基板表面。
1-1-4-3将钯材材料在欲镀面的表面沉积形 成薄膜。
主要是因为靶材材料都被升华成原子或分子状态的粒子, 被加速经过一个空间后到达基板的表面,原子或分子其 实是很轻的粒子,如果腔体空间中充满了空气分子,靶材 粒子将在腔体中不断的被空气分子碰撞,行进路线会偏 离预设的方向,而导致靶材无法沉积在基板上,当然就不 可能生成薄膜了。而且腔体中充满的空气,也会导致膜 质不纯,含有空气分子,会使得光学功能大打折扣。一个 真空系统包含了两部份:一是真空腔体,一是抽气系统。 真空腔体是一个密闭空间,当抽气系统抽离腔体空气时, 腔体必须保持密封,不能让外界的空气渗入。
2-1-5操作系统
操作系统由软体功能组成：分设备主面板操作系统由PLC软件连接设备的触控操 作面板。在控制面板中可以设置抽气系统数据：A:自动与手动模 式，关闭腔门后点击自动排气模式，设备会自动排气切换阀门及 帮浦达到所需镀膜真空度，自动除霜泄气。手动排气需要手动转 化阀门及帮浦，单一任务完成后不会自动进入下一工作，一般镀 工件时不会选用此模式。B: 电子枪扫描系统：系统内可根据蒸镀 不同之药材来设定电子束光的大小和位置，以及设置自动环绕药 材打点。