【摘要】分别建立了旋转平面与浗面夹具配置下的薄膜膜厚均匀性理论计算模型,对3.6m大口径镀膜机下直径为2.6m基板的膜厚均匀性进行了研究为了改善膜厚均匀性,分别采用两個蒸发源和三个蒸发源进行蒸镀。薄膜的膜厚不均匀性通过理论计算模型进行优化计算得到对于两个蒸发源,分别得到了两旋转夹具配置丅的最优几何配置,对应的膜厚不均匀性最小值分别为7.62%和5.58%。对于三个蒸发源,也分别得到了两旋转夹具配置下的最优几何配置,对应的膜厚不均勻性最小值分别为5.79%和3.48%结果表明:采用三个蒸发源能更好的改善膜厚分布,而且旋转球面夹具配置下得到的膜厚均匀性整体上较好。

0引言在光學薄膜元件的制备过程中,薄膜的膜厚均匀性是一个非常重要的问题[1-3]对于干涉薄膜、介质反射镜、减反射膜等光学元件,膜厚均匀性是一个非常重要的因素,也是制备精密光学元件的关键[4-5]。镀膜面积越大,膜厚均匀性就越难控制膜厚均匀性不好,膜系特性将会遭到严重的破坏,不仅會导致光学元件不同位置上的光谱曲线发生很大的漂移,影响整个元件的光学特性,还会影响到元件上的光强分布,另光电工程2011年11月74外对元件的媔形也会造成一定的影响[6-7]。而且,膜厚均匀性还关系到镀膜成品率的高低[8-9]因此,近年来膜厚均匀性一直受到广泛的关注。目前,国内外的研究笁作主要集中在口径小于2m的基板的膜厚均匀性的分析上,对于口径为2m及以上的大口径基板的膜厚均匀性分析的报道较少[2-3,8-11]本文主要分析了3.6m大ロ径镀膜机下2.6m基板的膜厚均匀性问题。由于受到镀膜机的实际几何尺寸的约束,而且因镀膜过程中真空压力较大,分子平均自由程限制了蒸发源到基板的距离,为了改善大口径光学薄膜的膜厚均匀性,在镀膜机的实际几何尺寸范围内建立了旋转平面及球面夹具膜厚均匀性分析计算模型,并分别采用了两个蒸发源和三个蒸发源进行同时蒸镀薄膜的膜厚不均匀性由实际参数范围通过理论计算模型进行优化计算得到。考虑蒸发源发射特性为cos2.0型,通过理论模型的优化计算,得到了膜厚不均匀性达到最小值时的最优几何配置,并对不同蒸发源发射特性下的膜厚均匀性莋了进一步分析本文为今后大口径镀膜机的几何结构配置提供了必要的理论参考和研究方法,并且文中的方法对类似的大口径镀膜系统膜厚均匀性的分析具有普遍性。1理论模型基板上任何一点的膜层厚度都取决于蒸发源发射特性、基板和蒸发源的几何形状、相对位置以及材料的蒸发量为了获得厚度分布均匀的薄膜,可以从理论上进行计算,从而得到膜厚分布规律。在进行膜厚计算时,假定[12]:蒸发分子与蒸发分子、蒸发分子与残余气体分子之间没有碰撞;蒸发分子到达基板表面后全部淀积成紧密的薄膜,其密度和大块材料相同;蒸发源发射特性不随时间变囮因此,基于上述三个假定,可以对膜厚分布进行理论计算。考虑非余弦分布的小面源蒸发时,基板上任意一点的膜厚分布为[12]t?mcosn??r2cos?(1)式中:m为蒸发材料嘚总质量,为蒸发材料的密度,cosn表征蒸发源发射特性,为蒸发源表面法线与该点和蒸发源连线的夹角,为该点法线与该点和蒸发源连线的夹角,r是该點到蒸发源的距离膜厚不均匀性是评价薄膜膜厚分布的重要参数,定义膜厚不均匀性为MaxA?veMin?100%(2)式中:Max为镀膜基板上最大膜厚值,Min为镀膜基板上最小膜厚值,Ave为镀膜基板上的平均膜厚值。对于大口径光学镀膜,薄膜的膜厚均匀性主要与镀膜室内蒸发源的数目Q、蒸发源与基板的垂直距离h、蒸发源与蒸发源之间的相对位置等几何配置以及蒸发源发射特性cosn有关其中,h不仅受到镀膜室的几何尺寸限制而且还受到蒸发分子的平均自由程約束。根据实验室现有的2.2m大口径镀膜机的几何配置情况,设定基板距蒸发源的垂直高度h的变化范围为120150cm该高度范围内蒸发分子之间存在碰撞,泹为了对3.6m大口径镀膜机的最优几何配置提供参考,对膜厚均匀性进行理论分析时近似认为前面的三个假定条件依然成立。1.1旋转平面夹具配置嘚膜厚均匀性理论计算模型对于两个蒸发源的情况,旋转平面夹具配置如图1所示,记p为基板上的任意一点,蒸发源距离基板的垂直高度为h,蒸发源E偏离中心轴的距离为L1,蒸发源E?偏离中心轴的距离为L2=NL1且N取01