CN107916410A - 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法 - Google Patents

一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107916410A
CN107916410A CN201711184077.9A CN201711184077A CN107916410A CN 107916410 A CN107916410 A CN 107916410A CN 201711184077 A CN201711184077 A CN 201711184077A CN 107916410 A CN107916410 A CN 107916410A
Authority
CN
China
Prior art keywords
peak
light
coating
extremal
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711184077.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107916410B (zh
Inventor
吴志涵
陆春媚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Dongtian Micro Technology Co., Ltd
Original Assignee
HUBEI DONGTIAN OPTICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HUBEI DONGTIAN OPTICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical HUBEI DONGTIAN OPTICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201711184077.9A priority Critical patent/CN107916410B/zh
Publication of CN107916410A publication Critical patent/CN107916410A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107916410B publication Critical patent/CN107916410B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C23C14/547—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using optical methods

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公布了一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，采用反射式光控控制的镀膜机进行光学镀膜，所采用的镀膜机内嵌有检测、控制镀膜厚度的控制模块和用于向所述控制模块内输入运行参数的输入端口，所述运行参数按以下规则输入：如果peak<1；输入设备参数是：start，Stop Point；如果peak＝整数；输入设备参数是：start，peak；如果peak>1and单数；输入设备参数是：start，peak，ratio1；如果peak>1and双数；输入设备参数是：start，peak，ratio2；上述peak为光控光量曲线的波峰数，start为开始光量，Stop Point为镀膜厚度到达的点，ratio1和ratio2为光控入机数据用的比值。本方法可以得到较高精度的镀膜厚度。

Description

一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法
技术领域
本发明属于光学镀膜厚度检测技术领域，尤其涉及一种检测光学镀膜厚度的光学监控方法。
背景技术
光学镀膜技术广泛应用于各行各业中，从精密光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用，比方说，平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用或者其技术上的延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是激光技术将无法进展，这显示出光学薄膜技术研究发展重要性。
一般来说，要使用多层薄膜时，必须根据设计者需求，借用高低折射率薄膜堆栈技术，做为各类型光学薄膜设计之用，才能达到事先预期后评估的光学特性。比方说：抗反射镜、高反射镜、分光镜、截止滤光镜、带通滤光镜、带止滤光镜等；而在计算机分析软、硬件发展健全的今日，不仅使光学薄膜在设计上变得更为便捷，且光学薄膜技术研究发展也将更为快速。而要得到预期的薄膜效果，就要对薄膜的厚度进行控制、检测，目前主流的检测方法有两种：光学监控(目视法、反射式、透过式)和物理监控(石英晶体监控)，其中，目前的光学监控方法主要采用反射式光控控制的镀膜机，其相关检测监控原理如图1所示，利用在光学玻璃材料上镀上一层介质薄膜的过程中，介质薄膜与光学玻璃之间的光学特征(反射率和透过率)都会发生变化，通过这种变化，从理论上任意膜厚都可以找到光学特征与之对应。把光学特征的光的变化变为光信号的变化。在使用时需要向镀膜机内输入用于检测并反馈控制镀膜厚度是否精确的参数，以此来保证镀膜机镀膜厚度的准确性，在使用时，需要向反射式光控控制的镀膜机输入相关参数，目前，各个厂家输入的参数类型有多种，start为开始光量，Stop Point为镀膜厚度到达的点，ratio1和ratio2为光控入机数据用的比值，这些参数都基于现有的镀膜机内的程序模块(控制模块)进行的条件性运算，即将各自的相关参数输入到镀膜机原有的程序模块中运行，并配有专门的输入端口将上述参数中的一个或多个输入现有的程序模块，其内部运算程序较为复杂，各个厂商的设备存在一定差距，但都需要输入上述参数中的一个或几个，现有的控制程序将根据输入的参数个数与类型进行相应的自动运算，并启动相应控制程序控制执行元件运行。目前最大的问题是在使用时所输入的相应参数都是统一的一个或者几个参数，这些参数都是厂商提供的整齐划一的参数，是厂商自己拟定的一种推荐性参数标准，只是一种概念上的未做区分的条件参数输入，导致加工不同产品时，整个设备镀出的膜厚度精度不尽人意，有的由于适合输入的参数精度而镀膜精度高，而有的由于输入的参数不合理，镀膜精度较低，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，
本发明的技术方案如下：
一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，采用反射式光控控制的镀膜机进行光学镀膜，所采用的镀膜机内嵌有检测、控制镀膜厚度的控制模块和用于向所述控制模块内输入运行参数的输入端口，所述运行参数按以下规则输入：
如果peak<1；
输入设备参数是：start，Stop Point；
如果peak＝整数；
输入设备参数是：start，peak；
如果peak>1and单数；
输入设备参数是：start，peak，ratio1；
如果peak>1and双数；
输入设备参数是：start，peak，ratio2；
上述peak为光控光量曲线的波峰数，start为开始光量，Stop Point为镀膜厚度到达的点，ratio1和ratio2为光控入机数据用的比值。
进一步地，所述peak＝integer(ND*4/(*C2))，ND为镀膜的光学厚度且ND＝Nf*d，Nf为镀膜材料折射率，为监控镀膜厚度时所用光的波长；C2为镀膜机镀出一个1/4倍的监控波长的厚度与镀出来的实际厚度的比值，d为镀膜厚度的变化量。
进一步地，所述Stop Point＝((Rd-R0)/((2+C)*R0))*start*0.01+start*0.01，Rd和R0分别指镀膜变化量为d时的监控片的反射率和开始镀膜时监控片的反射率。
进一步地，ratio1＝[(Stop Point-extremal point1)*100/(extremal point1-extremal point2)]；ratio2＝[(Stop Point*-extremal point2)*100/(extremalpoint2-extremal point1)]；extremal point1为镀制过程中光控光量刚好到1个peak时产生一个极值点，extremal point2为光控光量刚好到2个peak时产生另一个极值点。
本发明的有益效果：本发明所提供的方法程序很好地应用于现有的反射式光控镀膜机上，根据使用条件下的不同peak值来输入相应的合适的运行参数，避免盲目的参数输入，使得镀膜机镀出的膜厚度更加精确，效果十分理想。
附图说明
图1为现有的镀膜机的反射式光学监控结构示意图。
图2为镀膜机上光控监控曲线图。
图3为分光光度计的分光测量结果图。
元件标号说明：光源1、镜头组2、反光镜3、单一波长驱动器4、CCD5、监控窗6、监控片7。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
1、基于现有的镀膜机如图1所示的镀膜监控原理，反射式光控可以用(式2-1)来表示在镀制光学膜过程中光量的变化。
光量变化量＝start-start*△R/R(式2-1)
△R——是薄膜厚度的变化，引起反射率的变化。
R——还没有镀膜时的监控片的反射率。
Start——开始光量，光控变化的基数,如果镀膜材料是高折射率，开始光量取比较少的值如20-25之间；如是镀膜材料为低折射率，开始光量取比较大的值如：80-90之间
2光控走动量的计算。
2.1反射式光控走动量
当d(镀膜过程中厚度变化量，位单：NM)从零到不断增加到所需的薄膜厚度时，Rf也在达到一定的值，
设R0为还没有镀膜时监控片的反射率，
△R＝R0-Rf＝-(Rf-R0)，R＝(2+C1)*R0代入(式2-1)得
Ambulate＝((Rf-R0)/((2+C1)*R0))*start*0.01+start*0.01(式3-1)。上述式3-1中，Rf——从零到不断增加到所需的薄膜厚度时，镀膜面的反射率。C1——系数1所用的监控片两个面对光的吸收系数(如：BK7监控片，我们一般取0.085～0.065)。Ambulate——光控光量变化量，光控监控片在镀膜过程中厚度的变化，引起镀膜面反射率变化，光控的感光光量也在变化。
通过上式计算，可以建立坐标：
(X，Y)＝(从0到所要薄膜厚度，Ambulate)(式3-2)
2.2极值点
镀制过程中光控光量刚好到1个peak(或一个peak的单数倍)时产生一个的极值点(extremal point1)；而光控光量刚好到2个peak(或Peak的双数倍)时产生的另一个极值点(extremal point2)。具体计算过程如下：
extremal point1＝((Ra-R0)/((2+C1)*R0))*start*0.01+start*0.01(式3-3)
extremal point1——镀δ后，extremal point1＝/2*K(K为1，2，3…)时,光控光量最高(低)点(第一极值点)
extremal point2＝((Rb-R0)/((2+C1)*R0))*start*0.01+start*0.01(式3-4)
extremal point2——当刚好镀δ，extremal point2＝2/*K(K为1，2，3…)时,光控光量最高(低)点(第二极值点)。
2.3镀膜设备所需的数值
ND＝Nf*d。(式3-5)
ND——薄膜的光学厚度，Nf为镀膜材料折射率。
peak＝integer(ND*4/(*C2)。(式3-6)
式中：
光控光量走动曲线的波峰(谷)数—peak。
C2——系数2，即当镀一个1/4λ的监控波长的厚度，与镀出来的实际厚度一个比值；
λ——监控波长；
Integer----取整数，即取整函数的意思。
Stop Point1＝((Rd-R0)/((2+C1)*R0))*start*0.01+start*0.01(式3-7)
Stop Point2——当镀膜达到厚度d，光控光量停下来的点值；
ratio1＝[(Stop Point-extremal point1)*100/(extremal point1-extremalpoint2)](式3-8)
ratio2＝[(Stop Point*-extremal point2)*100/(extremal point2-extremalpoint1)](式3-9)
2.4设备在不同膜厚所要的参数，按如下规则输入，所采用的镀膜机可以是现有的具备参数输入功能的光驰、新柯隆或者莱宝等品牌的镀膜机，其中，对于下列参数的输入，光驰是采用excel文档输入，新柯隆采用文本文档输入，莱宝则是直接手动输入。
如果peak<1；
输入设备参数是:开始光量,Stop Point；
如果peak＝整数；
输入设备参数是:开始光量,peak；
如果peak>1and单数；
输入设备参数是:开始光量,peak,ratio1；
如果peak>1and双数；
输入设备参数是:开始光量,peak,ratio2。
3、把以上的原理做成软件，软件名为：薄膜设计程序，通过软件的方式进行计算。
用一个单层要求在550nm要求的膜层进行试验，设定用的镀膜材料是N＝1.385的MgF2镀层薄膜进行试验。根据所用镀膜材料的折射率和膜厚代入计算，就可以得出光控随厚度的变化而光控光量变化量。计算出来是开始光量(start)为90％,镀1个peak后，比为9.00％
4、试验
把计算出来的数据代入到RC1100(rock公司)镀膜机里进行试验，n＝1.385的用MGF2镀膜材料，抽真空在3.5*10-3PA，基板的温度在320度(摄氏)，用电子束蒸镀。光控光量走动要求为：开始光量＝90,Peak＝1,ratio＝9.00％，见图2。
5、试验结果
成膜后,用USPM-RU(OLYMPUS公司)分光光度计进行测量，得到图3的结果：
通过试验,基本可以达到预期的550nm的要求。这样可以得出，光学薄膜膜厚是可以通过上述设备在不同膜厚所要的参数的输入基于光学特征变化对应的光量变化来控制。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，采用反射式光控控制的镀膜机进行光学镀膜，所采用的镀膜机内嵌有检测、控制镀膜厚度的控制模块和用于向所述控制模块内输入运行参数的输入端口，其特征在于，所述运行参数按以下规则输入：
如果peak<1；
输入设备参数是：start，Stop Point；
如果peak＝整数；
输入设备参数是：start，peak；
如果peak>1and单数；
输入设备参数是：start，peak，ratio1；
如果peak>1and双数；
输入设备参数是：start，peak，ratio2；
上述peak为光控光量曲线的波峰数，start为开始光量，Stop Point为镀膜厚度到达的点，ratio1和ratio2为光控入机数据用的比值。
2.根据权利要求1所述检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，其特征在于，所述peak＝integer(ND*4/(λ*C2))，ND为镀膜的光学厚度且ND＝Nf*d，Nf为镀膜材料折射率，λ为监控镀膜厚度时所用光的波长；C2为镀膜机镀出一个1/4倍λ的监控波长的厚度与镀出来的实际厚度的比值，d为镀膜厚度的变化量。
3.根据权利要求1或2所述检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，其特征在于，所述Stop Point＝((Rd-R0)/((2+C)*R0))*start*0.01+start*0.01，Rd和R0分别指镀膜变化量为d时的监控片的反射率和开始镀膜时监控片的反射率。
4.根据权利要求3所述检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法，其特征在，ratio1＝[(Stop Point-extremal point1)*100/(extremal point1-extremal point2)]；ratio2＝[(Stop Point*-extremal point2)*100/(extremal point2-extremal point1)]；extremal point1为镀制过程中光控光量刚好到1个peak时产生的第一个极值点，extremalpoint2为光控光量刚好到2个peak时产生的第二个极值点。
CN201711184077.9A 2017-11-23 2017-11-23 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法 Active CN107916410B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711184077.9A CN107916410B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711184077.9A CN107916410B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107916410A true CN107916410A (zh) 2018-04-17
CN107916410B CN107916410B (zh) 2019-11-05

Family

ID=61897551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711184077.9A Active CN107916410B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107916410B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112176309A (zh) * 2020-11-27 2021-01-05 江苏永鼎光电子技术有限公司 用于镀膜机的激光直接光控装置
CN116005117A (zh) * 2023-03-24 2023-04-25 江苏新超科氢动力***有限公司 一种金属双极板表面纳米涂层的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311725A (en) * 1978-08-18 1982-01-19 National Research Development Corporation Control of deposition of thin films
JPS61296305A (ja) * 1985-06-25 1986-12-27 Horiba Ltd 多層膜干渉フイルタの製造方法
JPH10158834A (ja) * 1996-12-05 1998-06-16 Nikon Corp 膜厚計測光学系および該光学系を備えた成膜装置
CN101017085A (zh) * 2007-02-27 2007-08-15 河南中光学集团有限公司 光学膜厚在线测量折射率的方法
CN102191475A (zh) * 2011-04-15 2011-09-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 提高薄膜光谱性能的膜厚监控方法
CN102620664A (zh) * 2011-01-28 2012-08-01 中国科学院理化技术研究所 一种检测光学镀膜机镀膜膜厚均匀性的方法
CN106706141A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 深圳市楠轩光电科技有限公司 一种镀膜机质控***中心波长校准方法及***

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311725A (en) * 1978-08-18 1982-01-19 National Research Development Corporation Control of deposition of thin films
JPS61296305A (ja) * 1985-06-25 1986-12-27 Horiba Ltd 多層膜干渉フイルタの製造方法
JPH10158834A (ja) * 1996-12-05 1998-06-16 Nikon Corp 膜厚計測光学系および該光学系を備えた成膜装置
CN101017085A (zh) * 2007-02-27 2007-08-15 河南中光学集团有限公司 光学膜厚在线测量折射率的方法
CN102620664A (zh) * 2011-01-28 2012-08-01 中国科学院理化技术研究所 一种检测光学镀膜机镀膜膜厚均匀性的方法
CN102191475A (zh) * 2011-04-15 2011-09-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 提高薄膜光谱性能的膜厚监控方法
CN106706141A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 深圳市楠轩光电科技有限公司 一种镀膜机质控***中心波长校准方法及***

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112176309A (zh) * 2020-11-27 2021-01-05 江苏永鼎光电子技术有限公司 用于镀膜机的激光直接光控装置
CN116005117A (zh) * 2023-03-24 2023-04-25 江苏新超科氢动力***有限公司 一种金属双极板表面纳米涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107916410B (zh) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Macleod Monitoring of optical coatings
Siqueiros et al. Determination of the optical constants of MgF 2 and ZnS from spectrophotometric measurements and the classical oscillator method
CN103673905B (zh) 一种磁控溅射镀光学膜膜厚监控方法
CN103540906B (zh) 光控-晶控综合膜厚监控方法
CN107916410B (zh) 一种检测光学镀膜厚度的反射式光学监控方法
Park et al. Vibration-insensitive measurements of the thickness profile of large glass panels
CN102620664B (zh) 一种检测光学镀膜机镀膜膜厚均匀性的方法
Amotchkina et al. Stress compensation with antireflection coatings for ultrafast laser applications: from theory to practice
CN109507490B (zh) 一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器
Sanchez et al. Wind turbines lubricant gearbox degradation detection by means of a lossy mode resonance based optical fiber refractometer
Netterfield Refractive indices of zinc sulfide and cryolite in multilayer stacks
Yang et al. Design and fabrication of ultra-high precision thin-film polarizing beam splitter
Wilbrandt et al. All-oxide broadband antireflection coatings by plasma ion assisted deposition: design, simulation, manufacturing and re-optimization
Wu et al. Advanced broadband monitoring for thin film deposition through equivalent optical admittance loci observation
CN2911757Y (zh) 智能化光学薄膜全自动监控***
JP2022513882A (ja) 層システムを製造するためのコーティング設備を動作させる方法
Zhang et al. Advantages and challenges of optical coating production with indirect monochromatic monitoring
Tapilouw et al. Orthogonal polarization Mirau interferometer using reflective-type waveplate
Lyngnes et al. Optical monitoring of high throughput ion beam sputtering deposition
Carlow et al. Effect of an optical coating on in-band and out-of-band transmitted and reflected wavefront error measurements
Bruns et al. Improving optical thickness monitoring by including systematic and process-influenced transmittance deviations
CN112198140A (zh) 基于多层介质膜干涉滤光片的液体折射率测量方法及其装置
Isaev et al. Regularizing algorithms for the determination of thickness of deposited layers in optical coating production
CN113532281B (zh) 一种微小位移检测传感器、装置及方法
Thoeny et al. Pre-production simulation of optical monitoring combining monochromatic and broadband monitoring strategies

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: The southern section of Hubei Dangyang Nagasaka 444100 province Jade Spring Office No. 188

Patentee after: Hubei Dongtian Micro Technology Co., Ltd

Address before: The southern section of Hubei Dangyang Nagasaka 444100 province Jade Spring Office No. 188

Patentee before: HUBEI DONGTIAN OPTIC MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder