一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学薄膜元件制备领域，尤其是一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统。
【背景技术】
[0002]光学系统设计日益精密，为满足光学系统的性能指标，光学系统中使用越来越多的大口径光学元件，并在光学元件表面镀制具有特殊设计的薄膜来提高光学元件的性能。当前用于在光学元件上制备薄膜的技术主要可分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。而物理气相沉积技术是一种在真空条件下，通过蒸发或溅射薄膜材料，并在光学元件表面沉积形成薄膜的工艺过程。为优化光学元件上薄膜分布，光学元件在真空镀膜机内做旋转运动。该旋转运动使得光学元件表面上任意镀膜点处膜料沉积角均具有较宽的分布范围，并且不同位置上膜料沉积角分布存在显著差异，同时光学元件上薄膜厚度分布存在较大的非均匀性。对于任意给定的真空镀膜机配置条件下，选定真空镀膜工艺参数后，影响光学元件镀膜面上薄膜性能一致性的主要因素是膜料沉积角和薄膜厚度分布。
[0003]热蒸发是一种通过蒸发或者升华方式，将膜料沉积到光学元件上的物理气相沉积技术，被广泛应用于真空紫外、深紫外、可见和红外波段的薄膜制备。相比于其它物理气相沉积技术，如等离子体辅助沉积技术、离子束辅助沉积技术、磁控溅射沉积技术和离子束溅射沉积技术，热蒸发是制备吸收损耗小、抗激光损伤能力强的真空紫外/深紫外薄膜首选沉积技术(J.E.Rudisill,^Design/deposit1n process tradeoffs for high performanceoptical coatings in the DUV spectral reg1n, ”SPIE, 5273 (2004): 30-40.)。热蒸发沉积到光学元件上的膜料能量一般小于十个电子伏特，由此制备的薄膜性能严重依赖于膜料沉积角(C.Zaczek, A.Pazidis and H.Feldermann, “High-performance optical coatingfor VUV lithography applicat1n, ，，in Optical Interference Coatings Topic meeting2007-0SA Technical Digest Series(Optical Society of America, 2007), paper FAl.)0以热蒸发制备氟化镁薄膜为例，分别研究0°、30°、40°、50°、60°和70°沉积角下制备的氟化镁薄膜的光学性能和微观结构，结果表明氟化镁薄膜为柱状、多晶结构生长。随着膜料沉积角增加，氟化镁薄膜本征吸收损耗和散射损耗显著增大；薄膜的折射率、聚集密度和晶粒尺寸下降；薄膜结构疏松、表面粗糙度大，易吸附水和碳氢根污染，严重影响薄膜的环境稳定性(C.Guo, M.D.Kong, et al., 〃Microstructure_related propertiesof magnesium fluoride films at 193nm by oblique-angle deposit1n， "OpticsExpress, 21(2013):960-967.)。因此，为制备高性能的薄膜，需要优化真空镀膜过程中光学元件上膜料沉积角分布。此外，真空镀膜过程中，光学元件在真空室内做旋转运动，该旋转运动使得光学元件上沉积薄膜具有较好的对称性分布，但薄膜厚度分布均匀性较差(郭春，孔明东，柳存定和李斌成，“平面行星系统修正挡板校正膜厚均匀性”，光学学报，2013，33(2):0231002)。为制备高性能光学薄膜元件，还需要校正光学元件上薄膜厚度非均匀性。
[0004]通常，可以通过增加蒸发或溅射源与光学元件间的垂直距离，来同时控制光学元件表面镀膜点的膜料沉积角和厚度分布。但该方案对真空镀膜机的制造和真空镀膜工艺成本带来巨大的挑战，如真空镀膜室体积过大，为获得高真空镀膜环境成本高，且薄膜膜料消耗大，真空镀膜机使用维护困难。常规设计的修正挡板尽管可以优化光学元件上薄膜厚度均匀性，但不能有效地控制膜料沉积角。因此，为制备高性能的光学薄膜元件，需要更加简便可行的方法来同时实现真空镀膜过程中光学元件上膜料沉积角和厚度分布优化。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题为:克服现有真空镀膜过程中光学元件表面上镀膜点膜料沉积角分布范围过宽，不同位置处膜料沉积角分布差异过大，以及薄膜厚度分布均匀性较差等问题，提供了一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统，通过在蒸发或溅射源与光学元件间放置开孔挡板，优化开孔形状，实现对光学元件上膜料沉积角分布范围控制，降低膜料沉积角及其分布范围，优化薄膜厚度均匀性，提高薄膜性能。
[0006]本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统，该系统包括光学元件，膜料蒸汽，带孔挡板和蒸发或溅射源；通过在蒸发或溅射源与光学元件间放置带孔挡板，真空镀膜过程中，膜料蒸汽穿过带孔挡板沉积到光学元件上，优化带孔挡板的开孔形状，实现对光学元件上膜料沉积角分布控制，降低膜料沉积角及其分布范围，并且校正光学元件上薄膜厚度非均匀性，提高薄膜性能，其中，所述的膜料沉积角是光学元件上膜料沉积点与蒸发或溅射源间的连线矢量与光学元件上膜料沉积点的表面法向量之间的夹角。
[0007]所述的光学元件旋转运动可以是单轴旋转或者行星旋转，光学元件相对于蒸发或溅射源可以倾斜或水平放置。
[0008]所述的光学元件镀膜面可以是平面和/或曲面。
[0009]所述的薄膜可以是金属薄膜或者介质薄膜。
[0010]所述的挡板上开孔形状取决于真空镀膜机配置、光学元件尺寸、目标沉积角分布范围和厚度均匀性指标。
[0011]本发明的原理在于:
[0012]开孔挡板控制膜料沉积角和薄膜厚度分布技术是一种在真空镀膜过程中利用挡板开孔形状选择性地遮挡被蒸发或溅射的薄膜材料，使得真空镀膜机旋转系统中光学元件上膜料沉积角和厚度分布获得优化的方法。在真空镀膜过程中，膜料以蒸发或溅射方式在真空环境中传输，并在光学元件上沉积形成薄膜。为优化薄膜分布，光学元件在镀膜机内做旋转运动。旋转运动使得光学元件上任意位置处膜料沉积角均具有较宽的分布范围，并且不同位置上膜料沉积角分布存在明显差异，同时光学元件上薄膜厚度分布均匀性较差。通过在蒸发或溅射源与光学元件间放置开孔挡板，真空镀膜过程中，膜料穿过开孔挡板沉积到光学元件上。优化开孔形状，实现对光学元件上膜料沉积角分布控制，降低膜料沉积角及其分布范围，并且校正光学元件上薄膜厚度非均匀性，提高薄膜性能。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[001