專利名稱：：一種光學(xué)鍍膜方法以及使用該方法的光學(xué)鍍膜機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)制造和光電元器件生產(chǎn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種光學(xué)鍍膜方法以及使用該方法的光學(xué)鍍膜機(jī)。
背景技術(shù)：
：目前，光電子技術(shù)己經(jīng)被應(yīng)用到人們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如照相、光顯示、紅外夜視、各種光電元器件、航天、航空等領(lǐng)域。對(duì)光學(xué)薄膜的需求體現(xiàn)在高損傷閾值的激光薄膜、多波段的光學(xué)薄膜和保護(hù)薄膜這些品種上，特別體現(xiàn)在對(duì)光學(xué)指標(biāo)要求較高的高精度膜系和光電功能薄膜這些品種上。波長上反映出寬波段，從紫外、可見、近紅外到中紅外區(qū)域(200rnn-12000mn)，主要類型有減反膜、高反膜、分光膜、偏振片、各種窄帶和截止濾光片等。對(duì)于那些暴露在外面的窗口及透鏡等，技術(shù)要求很高，不僅要求有良好的光學(xué)性能，如工作波段的透射比高，均勻性好；還要有良好的機(jī)械性能和化學(xué)性能，如高硬度、耐摩擦、耐熱沖擊、化學(xué)性能穩(wěn)定等。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的光學(xué)鍍膜設(shè)備都是只能提供單項(xiàng)沉積技術(shù)的設(shè)備，其中主要以(電子束、熱電阻)熱蒸發(fā)方式的設(shè)備為主，也有少量的用于單一薄膜制造技術(shù)的磁控濺射、離子束濺射、真空陰極電弧和PECVD等技術(shù)的鍍膜設(shè)備。其中的真空陰極電弧發(fā)射裝置，用于制備金屬和金屬化合物薄膜沉積；磁控、被射裝置，用于金屬、化合物和介質(zhì)薄膜沉積；熱蒸發(fā)裝置，用于金屬和介質(zhì)薄膜沉積。在使用中，這些設(shè)備通常會(huì)結(jié)合輔助沉積離子源裝置作輔助蒸發(fā)，以提高產(chǎn)品性能。目前現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是1、無法滿足各種光學(xué)薄膜和光電勁能多層薄膜以及光電微系統(tǒng)制備的需求在需要提供高性能薄膜時(shí)，只能是利用不同的設(shè)備對(duì)被鍍件進(jìn)行多次加工，薄膜器件制造過程中需要在不同設(shè)備之間轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中因受到外界對(duì)薄膜表面的污染，存在著薄膜界面之間附著力下降乃至脫膜的問題，由于這種現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重地影響到薄膜的質(zhì)量，，些特殊的薄膜甚至無法制備；2、設(shè)備投入成本高由于一機(jī)一用，為了能提供多種功能的薄膜，必然要增加企業(yè)的設(shè)備投資；同時(shí)因?yàn)樾枰诙嗯_(tái)設(shè)備之間轉(zhuǎn)移被鍍件，工序復(fù)雜，耗時(shí)增加的同時(shí)薄膜器件的成品率下降，導(dǎo)致運(yùn)行成本增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要提供一種光學(xué)鍍膜方法以及使用該方法的光學(xué)鍍膜機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的無法滿足各種光學(xué)薄膜和光電功能多層薄膜以及光電微系統(tǒng)制備的需求，且設(shè)備投入成本高的問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種光學(xué)鍍膜方法，是將真空陰極電弧鍍膜技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)和熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)根據(jù)薄膜種類進(jìn)行組合使用，使用中被鍍件始終保持在真空狀態(tài)下，實(shí)時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)源的快速轉(zhuǎn)換。一種光學(xué)鍍膜機(jī)，包括真空鍍膜室，溫度控制系統(tǒng)，膜厚控制系統(tǒng)，氣體流量提供、控制系統(tǒng)和薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)包括陰極真空電弧發(fā)生裝置、磁控濺射裝置和熱蒸發(fā)裝置。上述薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)還包括輔助沉積離子源裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、可以滿足各種光學(xué)薄膜和光電功能多層薄膜以及光電微系統(tǒng)制備需求所有的功能加工可以在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)完成，有效地避免了采用不同方法制造薄膜器件時(shí)，薄膜界面之間由外界污染造成的影響，有效避免了以往不同技術(shù)沉積光學(xué)薄膜時(shí)的薄膜界面之間附著力下降乃至脫膜的問題，而且由于一直處于真空狀態(tài)，前后兩種材料之間銜接緊密，產(chǎn)品的品質(zhì)和合格率得到有效提升。2、功能全面本設(shè)備擁有三種蒸發(fā)裝置，在啟動(dòng)單一設(shè)備時(shí)，可提供具有單一功能的薄膜；根據(jù)不同薄膜特性要求選擇不同的沉積方式將三種蒸發(fā)裝置合理組合使用，就可以滿足各種光學(xué)薄膜和光電功能多層薄膜以及光電微系統(tǒng)制備需求。3、減少了設(shè)備投資成本一機(jī)多用，設(shè)備利用率得到大幅提高，有效減少了企業(yè)的設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本。4、大幅提高生產(chǎn)效率由于減少了設(shè)備交替使用的過程，整個(gè)鍍膜時(shí)間可減少40%左右，在鍍制優(yōu)質(zhì)光學(xué)薄膜的同時(shí)，可以提高生產(chǎn)效率。圖1是本發(fā)明提供的光學(xué)鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是紅外減反射光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是Ge基底上鍍制3微米~5微米紅外減反射光學(xué)薄膜元件的實(shí)測(cè)光譜曲線。圖4是光學(xué)玻璃基底上鍍制含有A1N薄膜的濾光片微觀結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明如下l-真空鍍膜室，2-溫度控制系統(tǒng)，3-膜厚控制系統(tǒng)，4-陰極真空電弧發(fā)生裝置，5-磁控濺射裝置，6-熱蒸發(fā)裝置，7-輔助沉積離子源裝置。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。一種光學(xué)鍍膜方法，是將陰極真空電弧鍍膜技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)和熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)根據(jù)薄膜種類進(jìn)行組合使用，使用中被鍍件始終保持在真空狀態(tài)卞，實(shí)時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)源的快速轉(zhuǎn)換。'組合使用時(shí)，參數(shù)仍使用單獨(dú)使用時(shí)的公知參數(shù)。參見圖l。一種光學(xué)鍍膜機(jī)，包括真空鍍膜室l，溫度控制系統(tǒng)2，膜厚控制系統(tǒng)3，氣體流量提供、控制系統(tǒng)和薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)。所說的薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)包括陰極真空電弧發(fā)射裝置4，磁控濺射裝置5，熱蒸發(fā)裝置6和輔助沉積離子源裝置7。使用實(shí)例1:3微米5微米紅外減反射光學(xué)薄膜制備。參見圖2，其中1^=2.4，薄膜材料為ZnSe;ru=1.42，薄膜材料為YF5;在Ge基底上，采用熱蒸發(fā)裝置6按照設(shè)計(jì)好的膜系厚度交替鍍制YF5和ZnSe，最后采用陰極真空電弧發(fā)射裝置4沉積最外層的DLC薄膜。單純采用熱蒸發(fā)技術(shù)無法鍍制最外層的DLC薄膜，沒有DLC薄膜的紅外光學(xué)薄膜，耐惡劣環(huán)境能力差，易脫膜；分別釆用熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)和陰極真空電弧鍍膜機(jī)進(jìn)行鍍制時(shí)，由于需要在采用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積常規(guī)紅外光學(xué)薄膜后，經(jīng)過大氣狀態(tài)，到陰極真空電弧鍍膜機(jī)中鍍制DLC薄膜。在大氣狀態(tài)下，經(jīng)過熱煞發(fā)鍍膜的紅外光學(xué)薄膜最外層材料易吸潮，直接影響到DLC薄膜的附著力，產(chǎn)品品質(zhì)難以保障。而采用本發(fā)明，在采用熱蒸發(fā)裝置6后直接轉(zhuǎn)換使用陰極真空電弧發(fā)射裝置4進(jìn)行薄膜沉積，鍍膜材料結(jié)合緊密。此外，真空鍍膜是在真空狀態(tài)下進(jìn)行工作，從工件的裝入到工件的取出，其半數(shù)以上的時(shí)間用于工作真空的獲得、鍍前清洗、鍍后冷卻和恢復(fù)到大氣態(tài)(以便取出工件)。例如鍍制圖2所示的紅外光學(xué)薄膜，采用常規(guī)技術(shù)時(shí)，需要兩臺(tái)不同的光學(xué)鍍膜機(jī)。--臺(tái)是熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)，用來鍍制底層的多層介質(zhì)薄膜。另一臺(tái)是陰極真空電弧鍍膜機(jī)，用來鍍制DLC薄膜。采用熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)進(jìn)行鍍膜的工藝流程為"擴(kuò)散泵預(yù)熱一清洗工件一工件放入真空室一抽低真空一抽高真空一工件加熱一離子束清洗工件一熱蒸發(fā)鍍膜一鍍后處理一冷卻一充氣一取出工件";采用陰極真空電弧鍍膜機(jī)鍍制DLC薄膜的工藝流程為:"擴(kuò)散泵預(yù)熱—清洗工件一工件放入真空室一抽低真空一抽高真空一工件加熱一鍍前工藝處理一脈沖電弧鍍膜一鍍后處理—冷卻—充氣—取出工件";采用本發(fā)明方法鍍制圖3所示的紅外光學(xué)薄膜的工藝流程為:"擴(kuò)散泵預(yù)熱一清洗工件一工件放入真空室一抽低真空一抽高真空一工件加熱一離子束清洗工件一熱蒸發(fā)鍍膜一陰極真空電弧鍍膜一鍍后處理—冷卻一充氣一取出工件"；可以看出，釆用本發(fā)明方法，在鍍制生產(chǎn)過程中，減少了一套真空獲得及控制系統(tǒng)、一套加熱及控制裝置、一套工件旋轉(zhuǎn)及控制舉統(tǒng)，同時(shí)減少了生產(chǎn)過程時(shí)間，每次節(jié)約時(shí)間至少為70分鐘(以直徑為800mm的鍍膜機(jī)為例，采用傳統(tǒng)方法鍍制需要時(shí)間約為140分鐘+120分鐘，采用本發(fā)明方法約為160分鐘)。參見圖3，圖3為在紅外光學(xué)元件上采用不同方法雙面鍍制紅外減反射薄膜后的實(shí)測(cè)光譜曲線，其中藍(lán)色曲線為采用"熱蒸發(fā)技術(shù)"(稱其為方法1，下同)技術(shù)鍍制，黑色曲線為"熱蒸發(fā)技術(shù)+陰極真空電弧鍍技術(shù)"(此為新方法1，下同)鍍制。采用方法1鍍制的介質(zhì)薄膜峰值透過率為99.9%，平均透過夢(mèng)大于95%;采用新方法1鍍制的介質(zhì)薄膜+DLC薄膜，峰值透過率為97.7%，平均透過率為95%。單純采用陰極真空電弧鍍技術(shù)，由于薄膜應(yīng)力太大，無法獲得所需厚度的薄膜。下表是兩種方法沉積紅外光學(xué)薄膜的抗惡劣環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果一覽。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明采用的方法在保證薄膜光學(xué)性能基本不變的前提下，其抗惡劣環(huán)境能力大幅度提高。當(dāng)采用新方法1，用兩臺(tái)設(shè)備分別進(jìn)行薄膜鍍制時(shí)，在放入第二臺(tái)開始鍍膜前的"鍍前工藝處理"工序是關(guān)鍵工序之一，處理不當(dāng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生脫膜現(xiàn)象，直接影響到產(chǎn)品的合格率。采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行鍍制時(shí)，由于省略了被鍍件〃"真空一大氣一真空"狀態(tài)的兩次轉(zhuǎn)換，可以省略"鍍前工藝處理"這一工序，同時(shí)還可以保證不發(fā)生脫膜現(xiàn)象。使用實(shí)例2:可見區(qū)寬波段高強(qiáng)度減反射薄膜的鍍制。參見圖4，其中n^2.1，薄膜材料為A1N;11=1.45，薄膜材料為Si02;在光學(xué)玻璃基底上，按照設(shè)計(jì)好的膜系厚度，采用熱蒸發(fā)裝置6鍍制Si02，采用磁控濺射裝置5沉積A1N薄膜。氮化鋁(A1N)薄膜具有很多突出的物理化學(xué)性質(zhì)，如高折射率、高光學(xué)透射比、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的耐磨損和耐腐蝕性能，及很高的硬度，是一種很好的光學(xué)保護(hù)薄膜。采用本設(shè)備沉積時(shí)，可以獲得單純采用熱蒸發(fā)技術(shù)無法獲得的性能優(yōu)良的A1N薄膜。在鍍膜的過程中，使用輔助沉積離子源裝置7增強(qiáng)鍍膜效果。權(quán)利要求1、一種光學(xué)鍍膜方法，是將真空陰極電弧鍍膜技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)和熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)根據(jù)薄膜種類進(jìn)行組合使用，使用中被鍍件始終保持在真空狀態(tài)下，實(shí)時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)源的快速轉(zhuǎn)換。2、使用權(quán)利要求1所述方法的光學(xué)鍍膜機(jī)，包括真空鍍膜室(1)，溫度控制系統(tǒng)(2)，膜厚控制系統(tǒng)(3)，氣體流量提供、控制系統(tǒng)和薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)包括陰極真空電弧發(fā)生裝置(4)、磁控濺射裝置(5)和熱蒸發(fā)裝置(6)。3、如權(quán)利要求2所述的光學(xué)鍍膜機(jī)，其特征在于所述薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)還包括輔助沉積離子源裝置(7)。全文摘要本發(fā)明涉及光學(xué)制造和光電元器件生產(chǎn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種光學(xué)鍍膜方法以及使用該方法的光學(xué)鍍膜機(jī)。本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的無法滿足各種光學(xué)薄膜和光電功能多層薄膜以及光電微系統(tǒng)制備的需求，且設(shè)備投入成本高的問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，所提供的技術(shù)方案是，一種光學(xué)鍍膜方法，是將真空陰極電弧鍍膜技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)和熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)根據(jù)薄膜種類進(jìn)行組合使用，使用中被鍍件始終保持在真空狀態(tài)下，實(shí)時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)源的快速轉(zhuǎn)換。同時(shí)提供一種光學(xué)鍍膜機(jī)，包括真空鍍膜室，溫度控制系統(tǒng)，膜厚控制系統(tǒng)，氣體流量提供、控制系統(tǒng)和薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)，所述薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)包括陰極真空電弧發(fā)生裝置、磁控濺射裝置和熱蒸發(fā)裝置。文檔編號(hào)C23C14/30GK101359061SQ20081015092公開日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年9月11日優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日發(fā)明者劉衛(wèi)國,謙彌,徐均琪,惠迎雪,杭凌俠,梁海峰,潘永強(qiáng)申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)