电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法
专利汇可以提供电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 电子 束 蒸发 镀 膜 膜厚均匀性的修正方法，即修正 挡板 的设计方法，包括下列步骤：第一步：根据 真空 室的实际配置情况，写出r，cosθ，cosφ的表达式；第二步：绘制理论膜厚分布曲线；第三步：实验确定实际膜料的蒸发特性n；第四步：确定修正挡板的 位置 ；第五步：设计修正挡板的形状。经实验表明：本 发明 方法可以快速准确地设计出修正挡板，可大大提高光学 薄膜 厚度均匀性。，下面是电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法专利的具体信息内容。
1.一种电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法，其特征在于该方法包括下列步骤：第一步：根据真空室的实际配置情况，写出r，cosθ，cosφ的表达式根据真空室的实际配置情况：夹具的种类、夹具的高度h、电子束蒸发源离旋转轴的距离L，写出r，cosθ，cosφ的几何关系和R，u的函数表达式，这里θ表示蒸发源的表面法线与蒸发源跟夹具上P点连线的夹角，φ表示上P点处表面法线与蒸发源跟P点连线的夹角，r表示蒸发源与夹具上P点的距离，R表示夹具上P点到夹具旋转轴的距离，u表示夹具旋转的角度；第二步：绘制理论膜厚分布曲线将第一步确定的真空室的几何关系代入下式：t(R)=C2π∫02πcosnθcosφr2du]]>给蒸发特性n赋不同的值，绘制出理论膜厚分布曲线；第三步：确定实际膜料的蒸发特性n从夹具中心到边缘的不同半径的位置上放置空白基片，根据实际镀制光学薄膜时的工艺条件镀制光学薄膜，对各已镀膜的基片进行膜厚测量，绘制出实际膜厚分布曲线，将实际膜厚分布曲线与理论膜厚分布曲线进行比较，确定出实际膜料的蒸发特性n值；第四步：确定修正挡板的位置根据真空室的实际情况，选择一个便于固定修正挡板的位置，即确定修正挡板中心线在真空室底面上的投影与蒸发源跟真空室底面中心连线之间的夹角α；第五步：设计修正挡板的形状引进修正挡板函数f(R，α，δ)，在夹具下加上修正挡板后基片旋转到该处没有膜料淀积，所以该处f(R，α，δ)＝0，没有加修正挡板的地方膜料将毫无阻碍地淀积到基底上，所以该处f(R，α，δ)＝1，修正挡板的大小由下式确定：∫0(α-δ/2)cosnθcosφr2du+∫(α+δ/2)2πcosnθcosφr2du=(∫02πcosnθcosφr2du)min]]>式中：δ表示修正挡板在R处应挡掉的角度，取Rmin≤R≤Rmax、间隔为10mm，根据上式编制程序计算出一系列对应的δ数据，绘制修正挡板的形状并制成所需的修正挡板；第六步：将该修正挡板按设计位置安装在所述的夹具下方。
2.根据权利要求1所述的电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法，其特征在于所述的夹具为平面旋转夹具，所述的r，cosθ，cosφ的表达式为：r2=h2+L2+R2-2×R×L×cosucosθ=cosφ=hr.]]>
3.根据权利要求1所述的电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法，其特征在于所述的夹具为球面旋转夹具，所述的r，cosθ，cosφ的表达式为：r2=h2+(L+R)2-4×L×R×sin2(u2)cosθ=hrcosφ=hρ2-R2+R(R+L×cosu)ρ×r]]>式中：ρ为球面旋转夹具的球面半径。
电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法
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光学薄膜作为一种产业，在实际光学薄膜生产过程中必然会遇到理论设计中考虑不到的问题，其中光学薄膜的厚度均匀性便是最为突出的一个。所谓光学薄膜厚度均匀性是指光学薄膜的厚度随着夹具表面位置的变化而变化的一种性质。在实际的镀膜生产中，要求在夹具上尽可能多地放置基片，同时镀制的光学薄膜同时达到质量要求。但由于系统配置及蒸发源蒸发特性的原因，夹具上不同位置处淀积到膜料的厚度是不完全相同的，为了提高产业化镀膜效率，仅仅利用系统的自然均匀性是不行的。为了提高真空室的均匀性，通常是在真空室中增加修正挡板来提高光学薄膜的厚度均匀性。
传统的光学薄膜厚度均匀性修正一般是通过反复实验利用挡板来完成的，在同一罩内光学薄膜厚的地方多挡一点，薄的地方少挡一点甚至不挡，但是这种方法存在着很大的偶然性，需要不断地反复实验，不断地修剪挡板方能解决薄膜厚度的均匀性，可见这种修正均匀性的方法没有真正的把握均匀性问题的实质，大大地增加了解决问题的劳动量与成本。
发明内容
本发明的技术解决方案如下：一种电子束蒸发镀膜膜厚均匀性的修正方法，即修正挡板的设计方法，其特征在于该方法包括下列步骤：第一步：根据真空室的实际配置情况，写出r，cosθ，cosφ的表达式根据真空室的实际配置情况：夹具的种类、夹具的高度h、电子束蒸发源离旋转轴的距离L，写出r，cosθ，cosφ的几何关系和R，u的函数表达式，这里θ表示蒸发源的表面法线与蒸发源跟夹具上P点连线的夹角，φ表示上P点处表面法线与蒸发源跟P点连线的夹角，r表示蒸发源与夹具上P点的距离，R表示夹具上P点到夹具旋转轴的距离，u表示夹具旋转的角度；第二步：绘制理论膜厚分布曲线将第一步确定的真空室的几何关系代入下式：t(R)=C2π∫02πcosnθcosφr2du]]>给蒸发特性n赋不同的值，绘制出理论膜厚分布曲线；第三步：确定实际膜料的蒸发特性n从夹具中心到边缘的不同半径的位置上放置空白基片，根据实际镀制光学薄膜时的工艺条件镀制光学薄膜，对各已镀膜的基片进行膜厚测量，绘制出实际膜厚分布曲线，将实际膜厚分布曲线与理论膜厚分布曲线进行比较，确定出实际膜料的蒸发特性n值；第四步：确定修正挡板的位置根据真空室的实际情况，选择一个便于固定修正挡板的位置，即确定修正挡板中心线在真空室底面上的投影与蒸发源跟真空室底面中心连线之间的夹角α；第五步：设计修正挡板的形状引进修正挡板函数f(R，α，δ)，在夹具下加上修正挡板后基片旋转到该处没有膜料淀积，所以该处f(R，α，δ)＝0，没有加修正挡板的地方膜料将毫无阻碍地淀积到基底上，所以该处f(R，α，δ)＝1，修正挡板的大小由下式确定：∫0(α-δ/2)cosnθcosφr2du+∫(α+δ/2)2πcosnθcosφr2du=(∫02πcosnθcosφr2du)min]]>式中：δ表示修正挡板在R处应挡掉的角度，取Rmin≤R≤Rmax、间隔为10mm，根据上式编制程序计算出一系列对应的δ数据，绘制修正挡板的形状并制成所需的修正挡板；第六步：将该修正挡板按设计位置安装在所述的夹具下方。
所述的夹具为平面旋转夹具时，所述的r，cosθ，cosφ的表达式为：r2=h2+L2+R2-2×R×L×cosucosθ=cosφ=hr.]]>所述的夹具为球面旋转夹具，所述的r，cosθ，cosφ的表达式为：r2=h2+(L+R)2-4×L×R×sin2(u2)cosθ=hrcosφ=hρ2-R2+R(R+L×cosu)ρ×r]]>
式中：ρ为球面旋转夹具的球面半径。
本发明方法克服了以前修正光学薄膜厚度均匀性中的不稳定性与偶然性，经实验表明：本发明方法可以快速准确地设计出修正挡板，大大提高光学薄膜厚度均匀性。
附图说明
图1为蒸发源与夹具的几何关系图图2为蒸发源与平面旋转夹具的几何关系图图3为蒸发源与球面旋转夹具的几何关系图图4为本发明修正挡板形状及其位置关系图图5为本发明实施例理论膜厚分布曲线图图6为本发明实施例实际膜厚分布曲线图图7为本发明实施例修正挡板对夹具盘上的遮挡示意图图8为加上修正挡板后光学薄膜膜厚分布曲线与不加修正挡板时膜厚分布曲线的比较图具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明方案的根据如下：厚度均匀性作为光学薄膜生产中普遍存在的问题，影响光学薄膜厚度均匀性的因素很多，但总地来说可以归结为两方面：1、真空室的几何配置，如电子束蒸发源偏离真空室中心轴的距离，夹具的高低，夹具的形状等系统因素。
2、蒸发源的蒸发特性，与材料的种类，镀膜时的蒸发参数，操作人员操作电子束蒸发源的方式等因素有关。
理论上可以把蒸发源分为两类：向各个方向具有相同蒸发特性的点蒸发源和向各个方向蒸发特性满足余弦关系的面蒸发源。但是实际的蒸发源既不是理想的点蒸发源又不是面蒸发源，对于常用的电子束蒸发源的蒸发特性可以写成：cosnθ的形式，其中n表示蒸发源的蒸发特性。则夹具上任意一P点的光学薄膜厚度可以表示为：tP=Ccosnθcosφr2---(1)]]>式中C表示常数，θ表示蒸发源1的表面法线与蒸发源1跟夹具2上P点连线的夹角，φ表示上P点处表面法线与蒸发源1跟P点连线的夹角；r表示蒸发源1与夹具2上任一点P的距离，n表示蒸发源的蒸发特性。几何关系如图1所示。
为了提高光学薄膜的厚度均匀性，现在大都采用旋转式夹具，所以夹具上到旋转轴距离相等的点具有相同的光学薄膜厚度。则旋转夹具任意P点的光学膜厚可以用下面式子表示：t(R)=C2π∫02πcosnθcosφr2du---(2)]]>上式中R表示夹具上P点到夹具旋转轴的距离，u表示夹具旋转的角度。对于不同形状的旋转夹具，根据几何关系r，cosθ，cosφ都可以表示为R，u的函数。
如果旋转夹具上到旋转轴距离不同的径向具有相同的厚度均匀性，则整个夹具有相等的光学薄膜厚度。
本发明方法，更确切地说，是修正挡板的设计，过程如下：第一步：写出r，cosθ，cosφ的表达式根据真空室的实际配置情况，确定出影响膜厚均匀性的几何参数，包括夹具的种类(如平面旋转夹具、球面旋转夹具等)，夹具的高度h，夹具上到转动轴的最大距离Rmax，电子束蒸发源离开旋转轴的距离L，球面旋转夹具的球面半径ρ。并根据几何关系写出r，cosθ，cosφ的表达式。平面旋转夹具3如图2所示，球面旋转夹具4如图3所示，其中O点为球面球心，OP为球面半径ρ。
对于平面旋转夹具有：r2=h2+L2+R2-2×R×L×cosucosθ=cosφ=hr]]>对球面旋转夹有：r2=h2+(L+R)2-4×L×R×sin2(u2)cosθ=hrcosφ=hρ2-R2+R(R+L×cosu)ρ×r]]>第二步：绘制理论膜厚分布曲线将第一步确定出的真空室几何关系式带入上面的(2)式，对实际蒸发源膜厚分布公式(2)中的n赋不同的值，一般n在1～2之间，间隔为0.2即可，绘制出理论上不同蒸发特性下的膜厚分布曲线。如图5所示。
第三步：确定实际膜料的蒸发特性n值在自夹具中心到边缘处的同一径向上放置空白基片，根据实际镀制光学薄膜时的工艺条件镀制光学薄膜，绘制出所镀制光学薄膜膜厚分布曲线。如图6所示。将镀制光学薄膜膜厚分布曲线与理论膜厚分布曲线进行比较，确定出实际膜料的蒸发特性n值。这样我们便可以把光学薄膜实际厚度分布公式准确地确定出来，使光学薄膜厚度修正有了准确的依据，解决了通常修正均匀性过程中的偶然性。
通过该步找到了一种确定实际膜料蒸发特性的方法，这样实际镀制的光学薄膜的厚度分布公式便准确地确定出来了，确保了下面设计均匀性修正挡板的准确性。
第四步：确定修正挡板的位置，即修正挡板中心线在真空室底面上的投影与蒸发源跟真空室底面中心连线之间的夹角α由于设计的修正挡板与其放置的位置有关，所以设计之前首先要确定在夹具下何处放置修正挡板。根据真空室的实际情况，选择一个便于固定夹具的位置，使设计的修正挡板能水平靠近夹具下方。测量出修正挡板5的中心线6在真空室底面上的投影7与蒸发源1跟真空室底面中心连线8之间的夹角α，如图4所示。图4所示箱式平面旋转型夹具(3)镀膜机修正挡板放置情况。
第五步：计算修正挡板的形状不加修正挡板5时，夹具上有一处是光学薄膜最薄的地方，只要在较厚的地方加上修正挡板，使加上修正挡板后该处光学薄膜的厚度与不加修正挡板时最薄的地方相等即可。为此我们引进了一个修正挡板函数f(R，α，δ)，修正挡板5的大小可以通过下面公式确定：∫02πcosnθcosφ×f(R,α,δ)r2du=(∫02πcosnθcosφr2du)min---(3)]]>上面(3)式右边为不加修正挡板5时夹具上光学薄膜最薄处的厚度，这样我们在该处不加挡板，并以其为参考位置。上式左边表示夹具3上光学薄膜较厚的地方要加上修正挡板，并使加上修正挡板后光学薄膜的厚度等于不加修正挡板时最薄处的厚度，即上面公式的右边项。
(3)式中R表示夹具上不同位置到夹具旋转轴的距离，α表示修正挡板中心线放置的位置，δ表示修正挡板在R处挡掉的角度。由于在夹具下加上修正挡板后基片旋转到该处没有膜料淀积，所以该处f(R，α，δ)＝0，没有加修正挡板的地方膜料将毫无阻碍地淀积到基底上，所以该处f(R，α，δ)＝1。
为了方便计算不同R对应的δ，把(3)式简化为下面(4)式。取Rmin≤R≤Rmax、间隔为10mm，根据(4)式编制程序即可计算出对于的δ。
∫0(α-δ/2)cosnθcosφr2du+∫(α+δ/2)2πcosnθcosφr2du=(∫02πcosnθcosφr2du)min---(4)]]>根据不同的修正挡板半径R对应的展开角δ便可以把修正挡板做出。
现以ZZS-660镀膜机为例设计修正挡板均匀性：第一步：
该镀膜机为平面旋转夹具，结构如图2所示。真空室的几何参数：电子束蒸发源1离真空室中心轴距离为L＝240mm，夹具3的高度h＝335mm，夹具盘的最大半径为Rmax＝250mm。真空室的几何关系为：r2=h2+L2+R2-2×R×L×cosu=3352+2402+R2-2×240×R×cosucosθ=cosφ=hr=335(3352+2402+R2-2×335×R×cosu)12]]>其中R表示夹具上不同位置到旋转轴的距离，u为夹具转动的角度。
第二步：把上步确定的几何关系式带入光学膜厚分布公式(2)，作出不同蒸发特性n值(1≤n≤2、间隔0.2)对应的光学薄膜理论膜厚分布曲线如图5所示，图中：9-参考线，10-蒸发特性n＝1的膜厚分布曲线，11-蒸发特性n＝1.2的膜厚分布曲线，12-蒸发特性n＝1.4的膜厚分布曲线，13-蒸发特性n＝1.6的膜厚分布曲线，14-蒸发特性n＝1.8的膜厚分布曲线，15-蒸发特性n＝2.0的膜厚分布曲线。
第三步：做实验确定出实际镀制的光学薄膜的相对厚度分布曲线，并与上步理论计算的不同蒸发特性下相对厚度分布曲线进行对比，根据实验膜厚分布曲线与理论曲线的比较确定出实际蒸发源的蒸发特性n值。图6为前后两次实验膜厚分布曲线，其中第一次实验膜厚分布曲线16，第二次实验膜厚分布曲线18，两次实验平均厚度分布曲线17。将两次实验膜厚分布曲线17与图6中理论膜厚分布曲线比较，可知该镀膜机的膜料蒸发特性n＝1.2。
第四步：考虑到真空室的实际情况，在此我们以α＝110°处为挡板的放置位置，并以此为挡板中心线的初始设计位置。
第五步：计算设计修正挡板的大小形状根据(4)式计算出不同半径R处修正挡板挡掉的角度δ，画出修正挡板19对夹具盘上20的遮挡如图7所示，其中a＝110°，120mm≤R≤240mm。
加上修正挡板后光学薄膜膜厚分布曲线(21)与不加修正挡板时膜厚分布曲线(22)的对比如图8所示，膜厚均匀性由不加修正挡板时的11.7％改善为1.1％。
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