镀膜工艺与镀膜系统配置

发布日期:[10-04-16 22:32:53] 浏览人次:[]

镀膜工艺与镀膜系统配置

作者:弗兰克泽蒙( Frank Zimone, CEO of Denton )等  

译者:美国丹顿设备有限公司北京代表处 冯学丽 

我们认为:既然镀膜设备是为镀膜生产服务的,那么我们设计制造的镀膜系统就必须适应用户的生产工艺,而不是让用户改变生产工艺来适应我们的镀膜机。------弗兰克泽蒙

概要

在过去的15-20年中, 光学薄膜镀制设备出现了令人瞩目的变化。以前,一般的镀膜机都是纯人工操作,最先进的也只是半自动控制, 都必须依*高水平的操作人员来保证镀膜产品的一致性。而现在,高质量的光学镀膜机已经是一个集成了系列智能化模块(子系统)的全自动系统。这些智能模块(子系统)通常在多个微处理器的指令下结成局域网(LAN), 而局域网又可并入整个工厂的自控系统。用户经验的不断增加使他们对设备性能的要求也越来越苛刻,以至于我们现在不难发现用户在购买镀膜机的同时,还要求厂家提供相关工艺技术。本文探讨的是当今光学镀膜系统中可采用的子系统及部件,以及镀膜工艺在部件选择和真空室配置等方面所起的决定性作用。 尽管其他技术日渐流行, 但鉴于物理蒸镀依然是目前适用性最强、应用最广泛的手段,因此本文中的讨论只涉及物理蒸镀技术。

I. 概述

长期以来, 人们主要依*蒸镀法来镀制用于精密光学和眼视光学的电介质薄膜。为加快基片的预清洁和薄膜生长过程中的改性,全世界数以千计的镀膜系统都采用电阻式热蒸发源和电子束蒸发源。一些系统还同时采用颇具动能的离子源,与前两者搭配使用。虽然用磁控溅射法镀制电介质薄膜在某些专业领域非常成功, 但由于生产成本居高不下,而且只能满足相对简单的工艺要求(溅射薄膜中的压力控制是过程限制参数),使得它的应用范围较窄,仅限于像建筑玻璃镀膜那样的高产量行业。同样,二次离子束溅射法的应用也仅限于那些要求沉积率越低越好的工艺如:环形激光回转仪,波长多路分配(WDM)滤波器。众所周知,多数的光器件的表面都是弯曲不平的,而蒸发所需的长距离同时有利于曲面镀膜的均匀。结合高沉积率,现代控制与自动化技术(尤其是石英晶体沉积速率控制器和实时光学监控),蒸发系统为多种光学薄膜的镀制提供了切实可行的解决方案。

无论是规格尺寸还是工作性能,制造现代化蒸发镀膜系统所需部件和模块(子系统)的可选性都是有限的。基本上我们可以将自动化、机械和控制三大部分地制造成本视为整个系统的固定成本,这是因为:1)这三部分的成本为系统成本的主要构成来源;2)而且不管系统大小,这三部分的成本基本不变。以上两个因素导致了系统制造成本与系统产能的反比关系。一般来讲,现代化蒸发系统的产能与制造成本呈几何量级的比例关系。

尽管镀膜系统制造厂家对此观点倍感欣慰,但如果从另一面来思考一下,我们就会发现一个同样显著的经济问题:即当价格降低时,系统产能发生大幅度下降,以至于系统的规格明显地小于最低标准尺寸(图1)。目前,一台内容积175L以上, 大抽速(空气抽速>1500升/秒),具有离子束辅助沉积功能(IBAD)的现代化镀膜设备的价值约为25万美金。估计近期很难出现重大技术突破来大幅度降低现有成本。在过去几年中,越来越多的用户要求镀膜系统制造厂家提供高性能的小规格、简便型光学镀膜系统,同时,用户对性能的要求不仅没有降低,反而有所提高,特别是在薄膜密度和保证吸水后光谱变化最小化等方面。现在,系统的平均尺寸规格已经在降低,而应用小规格设备进行光学镀膜的生产也已经转变成为纯技术问题。因此,选用现代化光学镀膜系统的关键取决于对以下因素的认真考虑:即,对镀膜产品的预期性能,基片的尺寸大小和物理特性以及保证高度一致性工艺所必需的所有技术因素。

II.光学性能 -公差三角形

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