[发明专利]一种高精度低应力光学薄膜沉积方法及装置

说明书

本发明涉及光学薄膜沉积领域，特别涉及一种高精度低应力光学薄膜沉积方法及装置。本发明在薄膜沉积的过程中交替进行离子束溅射沉积和原子层沉积，利用离子束溅射压应力和原子层沉积张应力相互补偿的特征，以实现低应力薄膜沉积。针对本发明中公开的一种高精度低应力光学薄膜沉积方法提供了一种高精度低应力原子层沉积装置，包括真空腔、基片夹具、挡板、靶材、离子源、气路系统、宽光谱监控系统；基片夹具、挡板、靶材在真空腔内从上至下依次设置，气路系统与挡板连通向真空腔中提供气体，宽光谱监控系统与所述真空腔连接实时监控薄膜沉积的厚度，实现在同一真空腔内既可进行离子束溅射沉积又可进行原子层沉积，无需跨真空腔转移基片。

技术领域

本发明涉及光学薄膜沉积领域，特别涉及一种高精度低应力光学薄膜沉积方法及装置。

背景技术

离子束溅射沉积技术(IBS)是利用离子源产生一定能量的离子束轰击置于高真空中的靶材，使其原子溅射出来，沉积在基底成膜的过程。离子束溅射沉积技术，具有溅射所得的粒子能量较高，成膜质量好等优点。然而离子束溅射薄膜的压应力过高，极易导致基片凸起。基片凸起会导致透过光学器件的光束发生畸变，严重者会导致膜层脱落。离子束溅射可以用于小口径高精度薄膜器件的沉积，但难以用于对基片面型要求较高的场合，比如大口径光学元件。截止目前，防止离子束溅射所致基片凸起的措施非常有限。现有技术中为了克服离子束溅射薄膜的压应力过高的问题，试图在基片背面沉积相同的薄膜。但此方法技术难度大，成本高。薄膜沉积过程的应力问题是需要迫切解决的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种高精度低应力光学薄膜沉积方法，利用离子束溅射压应力和原子层沉积(ALD)张应力相互补偿的特征，克服薄膜沉积过程的应力问题。针对本发明中公开的一种高精度低应力光学薄膜沉积方法提供了一种光学薄膜沉积装置实现在同一真空腔内既可进行离子束溅射沉积又可进行原子层沉积。

本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种高精度低应力光学薄膜沉积方法，在薄膜沉积的过程中交替进行离子束溅射沉积和原子层沉积。

进一步的，在薄膜沉积的过程中，离子束溅射和原子层沉积的顺序、厚度可根据所需沉积薄膜的需求进行设计。

本发明公开了一种高精度低应力光学薄膜沉积装置，包括真空腔、基片夹具、挡板、靶材、离子源、气路系统、宽光谱监控系统。其中基片夹具、挡板、靶材在真空腔内从上至下依次设置，气路系统与挡板连通向真空腔中提供气体，宽光谱监控系统与真空腔连接实时监控薄膜沉积的厚度。

进一步的，基片夹具与真空腔活动连接，基片夹具上设置若干个第一通孔。基片夹具夹装待镀基片，第一通孔用于透过光线。

进一步的，活动连接可以为转动连接或者可上下移动的连接。

进一步的，挡板尾部与真空腔转动连接，在步进电机或铰链的控制下挡板可沿竖直方向的轴转动60°-90°，挡板转动的过程可实现对基片夹具的遮挡(挡板不转动)和不遮挡(挡板转动)。

进一步的，挡板上表面设置气体通道和至少一个第二通孔，气体通道上设置若干个气孔。气孔用于气体流入和流出，第二通孔用于透过光线。

进一步的，气体通道形状不限，可根据实际情况进行调整；进气孔设置在气体通道尾部，进气孔与真空室外的气路系统连接，连接管道可以为软管；出气孔设置在气体通道头部，挡板不转动时，挡板上表面的气体通道上的气孔正对基片的待镀面，出气孔的具体位置和数量不限，可根据均匀性需求进行布局。

进一步的，离子源固定在真空腔内，离子源发射的离子束与所述靶材表面成30°-70°，使溅射离子能达到基片夹具。挡板开启时，离子源发射离子束轰击靶材使靶材上的原子溅射出来在待镀基片上进行薄膜沉积。

进一步的，气路系统包括阀门和至少两条气路，阀门控制气路的闭合和气体的流速。阀门包括流量阀和控制阀。