修正板改善薄膜厚度均匀性的研究

摘要

经过一百多年的发展，薄膜光学已经成为近代光学的重要分支。光学薄膜技术在理论、设计、计算和工艺方面已形成了完整的体系，一些新型微观结构的功能薄膜被不断开发出来，这些功能薄膜的相继出现，使得光学薄膜技术广泛地渗透到各个新兴的科学研究领域中。薄膜技术也逐渐成为高科技产品加工技术中的重要手段。而其制备过程中可能会存在的膜层均匀性问题，是一个非常值得注意的问题。
　　 薄膜厚度的均匀性，反映了待镀基片上所沉积的薄膜厚度依基片在真空室里所处位置的变化而变化的情况。膜厚均匀性包括两个方面：一是在同一组镀制过程中处于不同基片位置沉积的薄膜有近似的膜厚分布；二是获得的每片薄膜只存在一定范围内的膜厚误差分布。前者保证产业化的镀膜效率，后者保证每个成品的性能。膜厚均匀性是衡量镀膜装置性能和薄膜质量的一项重要指标，直接影响到镀膜器件的可靠性、稳定性，以及产品的一致性。对光学、光电等器件生产的成品率影响很大。因此，需要把握膜厚的分布规律，寻求大面积、最佳膜厚均匀性的薄膜。
　　 本文介绍了制备薄膜的几种物理气相沉积方法的原理和特点：真空蒸发、溅射、离子镀。对膜厚均匀性的影响因素作了分析，包括蒸发源、基板温度、基板与蒸发源相对位置、真空室几何配置以及基板旋转角度的影响。通过添加修正档板，以电子束蒸发法镀制的TiO2薄膜膜厚分布为研究对象，改善膜厚均匀性。对于膜厚的分布进行了理论分析和实验验证，介绍了不同夹具下的理论膜厚分布，如平面旋转夹具、球面旋转夹具、行星夹具。阐述了弱吸收透明薄膜的光学常数计算方法，以此计算出薄膜厚度，拟合出膜厚分布曲线。
　　 本文通过近似于截流蒸气云静止档板技术的设计思想设计修正档板。分析了不同工作电压对薄膜厚度均匀性的影响，以最贴近于理论膜厚分布的一组实验所得的相对膜厚分布结果来设计修正档板，进行理论的设计和实验验证。所设计的修正档板成功地改善了膜厚均匀性，使得半径为200mm内的薄膜厚度均匀性稳定地控制在5‰以内，总体均匀性可控制在2.52％之内。