隨著光學(xué)鍍膜技術(shù)的不斷發(fā)展及市場(chǎng)對(duì)光學(xué)薄膜要求的日益提高,具 有精度高,重復(fù)性好及功能強(qiáng)大等特點(diǎn)的全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜機(jī)的需求將越來 越大.目前國產(chǎn)全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng)仍然是采用石英晶體控厚技術(shù)來實(shí)現(xiàn), 而采用光學(xué)膜厚監(jiān)控技術(shù)的國產(chǎn)全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng)仍然是市場(chǎng)空白,在 這一塊的需求上目前仍是由進(jìn)口鍍膜系統(tǒng)所占據(jù),尤其是針對(duì)精密光學(xué)的光控 全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng).作為首臺(tái)國產(chǎn)光控全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng)的出現(xiàn), 它不僅填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白,而且它對(duì)于國產(chǎn)光學(xué)鍍膜機(jī)制造企業(yè)及國內(nèi)光學(xué)鍍 膜行業(yè)的發(fā)展將起到非常大的促進(jìn)作用.實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)的控制功能及控制精 度已經(jīng)達(dá)到并在部分功能上甚至超越了同類進(jìn)口鍍膜系統(tǒng).
關(guān)鍵詞:光學(xué)膜厚監(jiān)控;全自動(dòng);精密光學(xué)鍍膜
廣州標(biāo)旗電子科技有限公司是海洋光學(xué)光纖光譜儀全國總代理,精通光學(xué)監(jiān)控技術(shù)，提供光控光譜儀系統(tǒng)，咨詢電話(020)38319602 38319620 38319595
1,開發(fā)背景及目的
光學(xué)鍍膜的關(guān)鍵是在對(duì)膜層厚度特別是光學(xué)厚度的精確監(jiān)控上.目前的監(jiān) 控方式主要分為兩種,第一種是石英晶體監(jiān)控技術(shù),另一種是光學(xué)監(jiān)控技術(shù). 兩者各具優(yōu)缺點(diǎn).針對(duì)石英晶體監(jiān)控技術(shù),其工作原理是將一固定電壓加到石 英片上,因石英的壓電效應(yīng)會(huì)使石英片產(chǎn)生振蕩,其振蕩頻率與質(zhì)量成反比, 因此通過監(jiān)測(cè)頻率的變化量△f即可以推算出膜層的幾何厚度.但是當(dāng)膜層厚度 達(dá)到一定值時(shí),石英的振蕩頻率不再遵從此特性,膜層幾何厚度的變化△d與振 蕩頻率的變化△f不再保持線性關(guān)系,因此就存在晶片的使用壽命限制,所以厚 度顯示就變得不穩(wěn)定.而且膜層材料的折射率n因成膜條件(如:真空度,蒸發(fā) 速率,基板溫度,充氣流量等因素)的不同而變化,而石英監(jiān)控方法無法得知 折射率,所以在做精密光學(xué)鍍膜時(shí),其顯示厚度值大多只能作為參考.
沉積光學(xué)薄膜目前最常用的辦法就是光學(xué)監(jiān)控法.當(dāng)膜層厚度變化時(shí),其 反射率和透射率會(huì)隨著發(fā)生變化,當(dāng)反射率或透射率走到最大或最小值時(shí)可知 光學(xué)厚度nd為監(jiān)控波長的1/4整數(shù)倍.利用這種辦法進(jìn)行監(jiān)控為極值法,這是目 前國產(chǎn)光學(xué)鍍膜機(jī)膜厚的主要監(jiān)控辦法.但由于△nd=x△T/sin(4лnd/λ),在 極值點(diǎn)附近其透射率的變化緩慢,不僅增加了極值判斷的困難,還造成厚度誤 差加大.為補(bǔ)救極值法的缺點(diǎn),我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中還加入了比例法.因?yàn)檫x擇 了監(jiān)控波長與設(shè)計(jì)波長不同,就可以避開極值點(diǎn)停鍍的麻煩,選擇誤差最小的 光學(xué)厚度位置進(jìn)行停鍍,就可以使得膜厚的誤差大大減少.對(duì)于非規(guī)整膜系, 比例法也是非常有效的,而且在鍍制過程中通過變換監(jiān)控波長,還可以維持監(jiān)控的靈敏度.
目前市場(chǎng)上的國產(chǎn)光學(xué)真空鍍膜機(jī)主要是采用極值法人工判停的光學(xué)監(jiān)控 或采用石英晶體監(jiān)控辦法的自動(dòng)鍍膜這兩種辦法.由于這兩種辦法本身存在的 不足,對(duì)鍍制多層精密光學(xué)薄膜來講均不能勝任.因此在這種背景下,我們開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光控全自動(dòng)光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng).
2,設(shè)備架構(gòu)及工作原理: 首先我們采用了國內(nèi)外流行的離子輔助蒸鍍技術(shù) (IAD) 來構(gòu)筑設(shè)備的主體, 即真空腔體內(nèi)包含了:電子束蒸發(fā)源,離子輔助源,光控系統(tǒng),石英監(jiān)控系統(tǒng), 充氣系統(tǒng)及全自動(dòng)控制系統(tǒng)幾大部分.考慮到設(shè)備是針對(duì)精密光學(xué)多層膜的全自動(dòng)鍍膜,所以對(duì)所有硬件均設(shè)計(jì)采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,并構(gòu)筑了蒸發(fā)速率監(jiān)控,膜層厚度監(jiān)控及真空系統(tǒng)與鍍膜控制系統(tǒng)等多個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)來保證 控制功能及精度.顯示終端采用了雙界面顯示,包括有真空系統(tǒng)監(jiān)控界面及鍍 膜控制監(jiān)控界面.所有顯示界面均采用基于windows系統(tǒng)開發(fā)的中文視窗界面, 操作簡易并且監(jiān)控直觀.通過工控上位機(jī)與PLC的通訊控制下面的執(zhí)行單元.其中主體的光控系統(tǒng)的架構(gòu)圖如下:
提供了透射和反射兩種監(jiān)控方式來對(duì)應(yīng)不同成膜的需要.通過高效光纖將信號(hào) 傳輸?shù)焦庾V儀,并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換將電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.
