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一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法

阅读:534发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及溅射成膜技术领域,具体来说是一种 微波 等离子辅助的溅射光学成膜方法,在溅射过程中,通过固态微波源激励 等离子体 实现膜层 氧 化,以提高膜层折射率的 稳定性 。本发明优选地采用工业微波 频率 为2450MHz的固态微波源,相对于使用RF射频激励等离子体的方式其具有以下优点:使用频率提高很大,RF射频频率为13.56M Hz,而微波频率为2450M Hz,使得氧气在 真空 腔室内活化的效率大大提高;不需要使用大功率射频电源,或使用多个射频氧化源,大幅降低设备成本;膜层折射率稳定性大幅提高, 镀 膜 产品品质、良品率提高;采用矩形 谐振腔 的设计,使谐振腔内微波谐振腔模式数取得最大值,提高微波场的均匀性。,下面是一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法专利的具体信息内容。

1.一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于在溅射过程中,通过固态微波源激励等离子体实现膜层化,以提高膜层折射率的稳定性
2.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于采用的固态微波源的频率为2450MHz。
3.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于所述的固态微波源采用具有矩形谐振腔的定向耦合器波导,从而提高谐振腔内的微波谐振腔模式数,提高微波场的均匀性。
4.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于采用双磁控溅射靶进行磁控溅射膜。
5.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于磁控溅射靶的材料包括、铌、钽、、锆。
6.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于所述的方法具体如下:向用于磁控溅射的真空腔体的一侧的氧化区导入氧气,用以把镀层金属氧化成氧化物,并通过所述的固态微波源为氧分子输入能量,以生成活泼的等离子体进而提高与金属结合的效率,其中镀层金属为导电体,且为非氧化物。
7.如权利要求1所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于所述的固态微波源设置有相连的调谐器和定向耦合器波导,所述的定向耦合器波导的谐振腔采用矩形谐振腔。
8.如权利要求7所述的一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,其特征在于所述的定向耦合器波导远于调谐器的一端还连接有适配端部。

说明书全文

一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法

技术领域

[0001] 本发明涉及溅射成膜技术领域,具体来说是一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法。

背景技术

[0002] 光学膜是指在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。在光学零件表面镀膜的目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。光学薄膜的定义是:光在传播路径过程中,附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层,通过分层介质膜层时的反射、透(折)射和偏振等特性,以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或偏振分离等各特殊形态的光。至于薄膜的制备方法,一般有电子束镀膜机、PECVD、磁控溅射等。
[0003] 其中,磁控溅射镀膜对于现有技术中常用的电子束镀膜机,即蒸发镀膜,的优点如下:电子束蒸发机成膜机理的核心是膜料分子通过电子束加热使坩埚料槽中的膜料蒸发并输运到工件表面,这一蒸发和输运的过程,膜料分子仅获得了0.2到0.3ev的能量。如此低的能量,不足以使沉积到工件表面的膜料分子获得充分有效的迁移,导致膜层孔隙率很大、折射率不稳定,膜层不致密,强度和耐腐蚀性能都不好。
[0004] 因此,为了达到高质量成膜,高端电子束蒸发镀膜通常要加射频离子源或大功率等离子体源进行辅助沉积,同时基片加温到200到300℃。但这两种手段并不适合所有类型的镀膜产品,例如用于手机类产品大面积低温成膜生产工艺。
[0005] 另外,蒸发镀膜机膜层折射率具有不稳定性,会导致产品品质的不稳定。
[0006] 而对于现有的磁控溅射技术而言,由于光学薄膜膜料一般均是化物,氧化物一般是非导体,所以溅射氧化物一般只能用射频溅射,但射频溅射缺点是电源昂贵,且溅射速率低,成膜效率很低;且用直流反应溅射的话容易引起靶中毒,导致溅射停止。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于解决现有技术的不足,提供一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,无需使用大功率射频电源,且使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高。
[0008] 为了实现上述目的,设计一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法,在溅射过程中,通过固态微波源激励等离子体实现膜层氧化,以提高膜层折射率的稳定性。
[0009] 优选地,采用的固态微波源的频率为2450MHz。
[0010] 优选地,所述的固态微波源采用具有矩形谐振腔的定向耦合器波导,从而提高谐振腔内的微波谐振腔模式数,提高微波场的均匀性。
[0011] 优选地,采用双磁控溅射靶进行磁控溅射镀膜。
[0012] 优选地,磁控溅射靶的材料包括、铌、钽、、锆。
[0013] 优选地,所述的方法具体如下:向用于磁控溅射的真空腔体的一侧的氧化区导入氧气,用以把镀层金属氧化成氧化物,并通过所述的固态微波源为氧分子输入能量,以生成活泼的等离子体进而提高与金属结合的效率,其中镀层金属为导电体,且为非氧化物。
[0014] 优选地,所述的固态微波源设置有相连的调谐器和定向耦合器波导,所述的定向耦合器波导的谐振腔采用矩形谐振腔。
[0015] 优选地,所述的定向耦合器波导远于调谐器的一端还连接有适配端部。
[0016] 本发明优选地采用工业微波频率为2450MHz的固态微波源,相对于使用RF射频激励等离子体的方式其具有以下优点: (1)使用频率提高很大,RF射频频率为13.56M Hz,而微波频率为2450M Hz,使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高;
 (2)不需要使用大功率射频电源,或使用多个射频氧化源,大幅降低设备成本;
(3)膜层折射率稳定性大幅提高,镀膜产品品质、良品率提高;
(4)采用矩形谐振腔的设计,使谐振腔内微波谐振腔模式数取得最大值,提高微波场的均匀性。
附图说明
[0017] 图1是本发明中采用微波激励等离子体的方式进行膜层氧化进程的示意图;图2是本发明中固态微波源的示意图;
图3是本发明中调谐器的示意图;
图4是本发明中定向耦合器波导的示意图;
图5是本发明中固态微波源、调谐器和定向耦合器波导相连接的示意图;
图6是本发明中适配端部的结构示意图;
图7是本发明中适配端部的主视图;
图中:1.待镀工件(基板) 2.氧等粒子活化区 3. 微波导入位置

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明作进一步说明,这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0019] 本实施方式中采用双磁控溅射靶进行磁控溅射镀膜,由第一磁控溅射靶A和第二磁控溅射靶B溅射镀膜材料到基板上,该镀膜材料,即镀层金属,为导电体,且为非氧化物材料,如常用的光学薄膜材料:硅、铌、钽、钛、锆等。在溅射过程中,通过固态微波源激励等离子体以实现膜层氧化,即通过氧化形成氧化体膜层,以提高膜层折射率的稳定性。
[0020] 因为需要形成的膜层是氧化物,如二氧化硅、氧化铌、五氧化二钽、三氧化二钛、氧化锆等,所以在真空腔体一侧的氧化区导入氧气,用以把镀层金属氧化成氧化物。但是由于氧分子之间共价键没有被打开,不具备与金属相结合的活泼性,如果仅仅采用导入氧气的方式,氧气很难与镀层金属反应生成氧化物,氧化率极低。因此,需要给氧分子输入能量,使之变为较为活泼的等离子体,从而提高与金属结合的效率。
[0021] 而为了对氧分子输入能量,可以采用导入RF射频的方式,但是通过RF射频离化氧气的效率往往不够,会导致膜层材料没有被完全氧化,引起膜层折射率的下降,导致产品稳定性差。因此,为了提高氧化效率,只能加大射频功率,甚至使用多套RF射频装置以激励氧化,大大提高了设备成本。
[0022] 因此,本实施方式创新地采用微波激励等离子体的方式进行膜层氧化进程,其简图如图1所示,优选地,本实施方式采用工业微波频率2450MHz的固态微波源,相对于RF射频激励等离子体的方式,固态微波源的频率具有很大的提高,RF射频频率为13.56M Hz,而固态微波源的微波频率为2450M Hz,远高于RF射频的频率,从而使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高。由此,在磁控溅射过程中不需要使用大功率射频电源,也不需要使用多个射频氧化源,大幅地降低设备成本,并且通过固态微波源的设置,将氧化区构建为氧等粒子活化区,实现了更好的氧化效果,使得膜层折射率的稳定性大幅提高,也使得镀膜产品品质及良品率大幅提高。
[0023] 并且,参见图2-图5,优选地,所述的固态微波源设置有依次相连的调谐器和定向耦合器波导,结合图6和图7,定向耦合器波导外端还能通过螺栓连接有适配端部,适配端部用于实现连接,而所述的定向耦合器波导的谐振腔设计为一矩形的谐振腔,可使谐振腔内微波谐振模式数取得最大值,提高了微波场的均匀性。
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