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镀膜产品常见不良分析、改善对策——光谱特性不良

溅射靶材 2020-06-03 10:23

  光学薄膜产品中,光谱特性不良(分光不良)是一个常见问题,光谱特性不良是指分光反射(透射)曲线不满足零件产品技术要求,是功能性的不良,生产制造中必须严格监控。

  造成光谱特性不良产生的原因有很多,主要的有:

  1.膜系设计:设计时的膜厚、折射率允差太小,试制时的分光曲线在技术要求的边缘,制造中稍有偏差就导致分光不良。

  2.设计的膜料折射率与实际的折射率有差异,或发生了变异。

  3.实镀的中心波长(膜厚)与希望达到的中心波长(膜厚)有差异,或发生了变异。(tooling值(也有叫F值)有偏差)

  4.制造中出了差错:如膜料用错、程序用错、预熔时没关挡板等

  5.工艺条件改变:真空度、充氧量、加热温度、蒸发速率、基片旋转速度、离子辅助条件等。

  6.材料变更,如不同厂家生产的同种光学材料(基片材料和膜料)在光学性能化学性能有所不同(有时同厂家不同生产批次也有不同),生产过程中(特别是大批量生产)材料突然变更(未作论证),就可能造成分光不良。

  7.用于测试分光的比较片表面特性变异,造成分光测试不良(也许镜片的分光是OK的,可以比较二者的反射膜色)。这也许是容易忽视的一个问题,又是一个常见的问题,特别是高折射率的测试比较片表面形成一层腐蚀层,相当于有了一层减反膜(很薄),膜层不是堆积在基片上,而是堆积在腐蚀层上,于是比较片上的分光就会不准确、不稳定。往往比较片加工存放的时间远大于基片,存放的环境不如镜片,问题就会更严重。

  8.机组工艺稳定性差。(抽速不温、机组震动大、测试片或晶片抖动、旋转不温、伞片变形、温度测量误差大、加热功率不稳等等)

  9.如果使用晶振控制膜厚的,晶振片的品质、晶振片的使用寿命、活性值的变化。同一片晶振片,开始使用的敏感度与使用了一段时间(如6层减反膜镀了3罩)敏感度有一些差异,也会带来整体曲线的偏移。

  10.晶控探头的水冷差,造成晶控不稳定、不可靠,膜厚控制不准确。

  11.刚镀制完成的测试与放置一段时间后的测试,分光特性会有差异。

  12.有些膜料的折射率在成膜后还会有变化(与成膜条件、膜层匹配有关),会造成光谱特性的变化。

  13.镜片折射率变异,有些基片材料,在经过超声波清洗后表面形成一极薄的低折射率层,对分光特性、膜色也有影响

  14.采用光控时(非自动控制),光量值设置的不合适,或因为膜料折射率变化使得设置的光量值有了偏差,带来分光特性的偏差或不稳定。

  15.光控中的监控片本身有了腐蚀层,影响了光控的走值。

  16.光控中的光信号不稳定(电压波动、接触不良、电子元器件问题等)影响精度和稳定性。

  17.光控中,有的膜层比较薄(特别是第一层比较薄时)不到一个峰值,带来光控的不准确性。

  18.非自动控制的光控,人为判断时误差。

  改善对策:

  一、设计膜系:

  ·膜系设计中选用膜料的折射率应与使用膜料使用机台吻合;

  ·膜系设计尽量考虑厚度与折射率允差(各层的厚度及折射率允许偏差1%-2%),特别是敏感层,要有一定的允差(1%)

  ·控制厚度与实际测试厚度的“tooling”值,要准确,并经常确认调整。

  ·设计的技术要求必须高于图纸提出的技术要求。

  ·设计时考虑基片变异层折射率变化带来的影响。

  设计时考虑膜料的折射率变化及膜料之间、膜料与基片之间的匹配。

  二、工作现场所用膜料、芯片、硝材生产厂家、型号一旦确认不要经常变更,必须变更的应该多次确认。

  三、杜绝、避免作业过失的发生,

  四、加强每罩镜片的分光测试监控,设置警戒分光曲线,及时调整膜系。

  五、测试比较片管理加强,确保进罩镀膜的测试比较片表面无污染、新鲜、外观达到规定要求。在使用前,对比较片作一次测试,测定其反射率(仅测一个波长点就可以)测定值与理论之比较,一般测定值小于理论值(腐蚀层影响),如果二值之间差异较大(比如大于1%)就应该考虑对比较片再复新、或更换。

  六、镜片的分光测试要在基片完全冷却后进行。

  七、掌握晶控片敏感度变化规律,及时修正控制数据。晶控片在新的时候与使用了若干罩后的敏感度是不完全一样的,芯片的声阻抗值会有微小变化。有些晶控仪(如IC5)可以设置自动修正,而大部分晶控仪没有自动修正声阻抗值的功能。掌握了晶片敏感度的规律,可以在膜厚设置上矫正。

  八、改善晶控探头的冷却效果,晶片在温度大于50℃时,测量误差较大。

  九、采用离子辅助镀膜的工艺,可以提高成膜分光特性的稳定性。

  十、检讨该膜系在该机台的光控适用性。

  十一、检讨光控中的人为影响

  十二、经常检查光控的光路、信号、测试片等。

  十三、设计适用于光控的膜系。

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