一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统及沉积方法技术方案

本发明专利技术涉及光学器件领域，尤其涉及一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统及沉积方法。本发明专利技术的薄膜沉积系统包括电子束蒸发单元、原子层沉积单元和膜厚监控单元，通过在电子束蒸发制备薄膜设备基础上添加带气体通道的挡板结构将原子层沉积单元与之集成，实现了电子束蒸发和原子层沉积相结合的薄膜制备系统，在电子束蒸发薄膜上覆盖一层原子层沉积Al2O3薄膜，由于Al2O3薄膜具有很高的致密度，能形成对EBE薄膜的密封封装，从而避免大气中水分对膜层折射率的影响，消除了光谱漂移现象，有助于制备得到高精度薄膜。同时本发明专利技术采用光谱监控对薄膜沉积厚度进行监控，实现了在线直接监控，直观、高效、可靠。可靠。可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统及沉积方法


[0001]本专利技术涉及光学器件领域，尤其涉及一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统及沉积方法。

技术介绍

[0002]光学薄膜自诞生以来就成为各种光学系统必不可少的器件。目前最成熟、应用最广的技术是电子束蒸发(EBE)，通过聚焦电子束对薄膜材料局部加热，使膜料分子蒸发而附着在基片表面。通过晶振监控对各层薄膜的厚度进行控制，实现特定薄膜器件的制备。
[0003]电子束蒸发制备的薄膜多为微孔柱状结构，如图1所示。这种非致密结构容易吸收空气中的水分，而导致折射率和光谱发生变化，即光谱发生漂移，由此带来多个方面的困扰：一方面，薄膜在真空室内与真空室外的密度不同，导致晶振监控不准确，薄膜精度下降；另一方面，薄膜在真空室内外的光谱不同，导致光学监控法不准确，失去了光控法的优势；更重要的是，薄膜在不同使用环境下的光谱也会发生变化。
[0004]目前针对薄膜的光谱漂移普遍采用离子束辅助轰击技术，通过高能离子束的碰撞，增加膜料分子在基片上的堆积密度，减少孔隙。该方法可有效缓解光谱的漂移，获得更加稳定的薄膜。然而，现有的离子束辅助沉积技术采用传统的霍尔离子源、考夫曼离子源，其功率较低，基本无法消除EBE薄膜的孔隙结构；光谱漂移现象虽然有所缓解，但未被消除。而新型的高功率射频离子源成本过高。同时，离子束辅助沉积所需控制的参数太多，应用于工业生产需要较高的时间成本。此外，现有的晶振监控在离子束辅助沉积技术中也存在缺陷，晶振片表面的金属电极非常容易被离子束破坏，导致测量误差极大甚至无法测量。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术提供一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统及沉积方法，在电子束蒸发制备的薄膜表面覆盖一层原子层沉积薄膜，可以替代离子源，防止光谱漂移，从而应用于高精度薄膜制备。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统，包括电子束蒸发单元、原子层沉积单元和膜厚监控单元，其中：
[0008]电子束蒸发单元包括位于真空室内的夹具盘、坩埚、电子枪，电子枪发射电子束打到坩埚中原料上，原料挥发并以薄膜形式沉积在设置于夹具盘上的基片上；
[0009]原子层沉积单元包括至少一个位于夹具盘下方的挡板，挡板上设置有进气口和若干个出气口，进气口与真空室外的气体管道相连，用于向真空室传递气体，气体从出气口渗出并沉积在电子束蒸发获得的薄膜表面；挡板还用于提升电子束蒸发薄膜的分布均匀性；出气口的排列和分布则用于提升原子层沉积薄膜的分布均匀性。
[0010]膜厚监控单元包括光源、位于夹具盘上的监控片和光谱仪，光源和光谱仪分别位于夹具盘两侧，夹具盘旋转过程中，光源和光谱仪的连线穿过所述监控片所在圆环，膜厚监
控单元实时监控电子束蒸发和原子层沉积所获得的薄膜厚度。
[0011]进一步的，挡板包括龙骨、沿龙骨两侧分布的叶片、在龙骨上分布的出气口、位于龙骨一端的进气口，挡板连接在真空室侧壁上，进气口与真空室外的气体管道相连。进气口与出气口构成一条气体管道。
[0012]进一步的，进气口直径为3-20mm，出气口直径为1-10mm。
[0013]进一步的，气体管道有两个，一个连通供Ar和H2O的混合气体的气体管道，另一个连通供Ar和三甲基铝的混合气体的气体管道，两个气体管道交替向真空室内传递气体。两个气体管道可以分别位于两个挡板上，亦可位于同一挡板上。
[0014]进一步的，夹具盘中心设有两个位于同心圆上的装夹孔，一个装夹孔空置，另一个装夹孔放有监控片，光源和光谱仪的连线穿过装夹孔所在圆环。
[0015]进一步的，膜厚监控单元包括光纤分束器和至少两个光谱仪包，光源和光纤分束器分别位于夹具盘两侧，光源和光纤分束器的连线穿过装夹孔所在圆环，多个光谱仪分别接收光纤分束器发出的光信号。
[0016]进一步的，膜厚监控单元还包括上位机，上位机与光谱仪连接，将多个光谱仪检测的不同波段光谱合并显示，计算当前膜层厚度。
[0017]本专利技术还提供一种高精度高稳定性的薄膜沉积方法，采用上述薄膜沉积系统，包括以下步骤：
[0018](1)利用电子束蒸发技术在夹具盘上的基片上制备N层薄膜；
[0019](2)利用原子层沉积技术在电子束蒸发制备的薄膜表面覆盖一层原子层沉积Al2O3薄膜。
[0020]进一步的，原子层沉积Al2O3薄膜的厚度大于20nm。
[0021]进一步的，各层薄膜的膜厚通过膜厚监控单元进行实时监控。
[0022]本专利技术的高精度高稳定性的薄膜沉积系统，在电子束蒸发制备薄膜设备基础上通过添加带气体通道的挡板结构将原子层沉积单元与之集成，实现了电子束蒸发和原子层沉积相结合的薄膜制备系统，相较于离子束辅助沉积方案，该沉积系统具有更低的成本和更高的可靠性。同时本专利技术采用光谱监控对薄膜沉积厚度进行监控，通过对沉积在监控片上的薄膜透过率进行采集实现了在线直接监控，直观、高效、可靠。
[0023]本专利技术的高精度高稳定性的薄膜沉积系统，采用了光纤分束器和多台光谱仪，实现了宽光谱监控，可准确获知其在可见光和近红外波段甚至其它波段的光谱，实现对可见光-红外波段的光谱同时监测，无需再通过离线测量的方式获知光谱或对膜厚进行校准，具有直观、工艺步骤少的优点。
[0024]本专利技术的高精度高稳定性的薄膜沉积方法，在电子束蒸发薄膜上覆盖一层原子层沉积Al2O3薄膜，由于Al2O3薄膜具有很高的致密度，能形成对EBE薄膜的密封封装，从而避免大气中水分对膜层折射率的影响，消除了光谱漂移现象，有助于制备得到高精度薄膜。
附图说明
[0025]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它附图。
[0026]图1为现有技术中电子束蒸发制备的薄膜结构；
[0027]图2为本专利技术的高精度高稳定性薄膜沉积系统结构示意图；
[0028]图3为本专利技术的薄膜沉积系统中挡板结构示意图；
[0029]图4为本专利技术的原子沉积过程中供气气路示意图；
[0030]图5为本专利技术的原子沉积过程中供气方案示意图；
[0031]图6为本专利技术的夹具盘上装夹孔设置结构示意图；
[0032]图7为本专利技术的高精度高稳定性薄膜扯沉积系统的另一种结构示意图；
[0033]图8为采用本专利技术沉积方法设计的增透膜的透射率曲线图；
[0034]图9为添加原子层沉积薄膜前后测得的薄膜器件光谱漂移结果；
[0035]图中：1-真空室，2-夹具盘，3-坩埚，4-电子枪，5-挡板，51-进气口，52-出气口，53-龙骨，54-叶片，6-光源，7-光谱仪，8-装夹孔，9-光纤分束器。
具体实施方式
[0036]下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度高稳定性的薄膜沉积系统，其特征在于，包括电子束蒸发单元、原子层沉积单元和膜厚监控单元，其中：所述电子束蒸发单元包括位于真空室内的夹具盘、坩埚、电子枪，所述电子枪发射电子束打到所述坩埚中原料上，所述原料挥发并以薄膜形式沉积在设置在所述夹具盘上的基片上；所述原子层沉积单元包括至少一个位于所述夹具盘下方的挡板，所述挡板上设置有进气口和若干个出气口，所述进气口与真空室外的气体管道相连，用于向真空室传递气体，气体从所述出气口渗出并沉积在电子束蒸发获得的薄膜表面；所述膜厚监控单元包括光源、位于所述夹具盘上的监控片和光谱仪，所述光源和光谱仪分别位于所述夹具盘两侧，在所述夹具盘旋转过程中，所述光源和光谱仪的连线穿过所述监控片所在圆环，所述膜厚监控单元实时监控所述电子束蒸发和原子层沉积所获得的薄膜厚度。2.根据权利要求1所述的高精度高稳定性的薄膜沉积系统，其特征在于，所述挡板包括龙骨、沿龙骨两侧分布的叶片、在所述龙骨上分布的出气口、位于所述龙骨一端的进气口，所述挡板连接在所述真空室侧壁上，所述进气口与真空室外的气体管道相连。3.根据权利要求1所述的高精度高稳定性的薄膜沉积系统，其特征在于，所述进气口直径为3-20mm，所述出气口直径为1-10mm。4.根据权利要求1所述的高精度高稳定性的薄膜沉积系统，其特征在于，所述气体管道有两个，一个连通供Ar和H2O的混合气体的气体管道，另一个连通供Ar和三...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书琴，
申请(专利权)人：刘书琴，
类型：发明
国别省市：