1、工藝部專題講座膜系設(shè)計、結(jié)構(gòu)及調(diào)試主要內(nèi)容： 1. 膜系設(shè)計原理 2. 膜系結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)試過程光 學(xué) 設(shè) 計1 .宏 觀 薄 膜 干 涉 理 論 干 涉 的 條 件 ： 同 一 光 源 發(fā) 出 、 頻 率 相 同 、 振 動 方 向 相 同 、 路 徑 不 同 、 相 位 差 恒 定干 涉 的 結(jié) 果 ： 相 長 和 相 消利 用 干 涉 現(xiàn) 象 ， 通 過 調(diào) 節(jié) 膜 厚 來 改 變 顏 色 或 反 射 率 的 分 析 （ 1 ） 疊 加 原 理 - 9 0 + 9 0 之 間 發(fā) 生 相 長 干 涉 ； 9 0 2 7 0 之 間 發(fā) 生 相 消 干 涉 （ 2 ） 界 面 反 射 光

2、線 的 相 位 變 化 當(dāng) 光 線 由 光 疏 介 質(zhì) 進 入 光 密 介 質(zhì) 時 ， 界 面 處 的 反 射 光 線 會 有 1 8 0 的 相 位 變 化 （ 3 ） 進 入 光 密 介 質(zhì) 被 壓 縮 用 于 計 算 膜 層 1 / 4 波 長 的 光 學(xué) 厚 度 。 e g : 5 5 0 n m 處 得 到 一 個 1 / 4 波 長 厚 度 的 S i O 2 ( n = 1 . 4 5 ) 膜 層 的 計 算 ： 真 空 1 / 4 波 長 ： 5 5 0 4 = 1 3 7 . 5 在 S i O 2 中 被 壓 縮 后 的 修 正 值 ： 1 3 7 . 5 1 . 4 5

3、= 9 4 . 8 在 5 5 0 n m 處 得 到 1 / 4 波 長 光 學(xué) 厚 度 ， S i O 2 的 膜 層 厚 度 應(yīng) 該 約 為 9 5 n m 。舉例：設(shè)計一個SiO2膜，盡可能地削弱在550nm處的反射分析： 兩列光在界面處反射都有180相位變化，相互抵消，由路徑帶來的相位變化即為最終的相位變化； 盡可能削弱550nm處反射，相消干涉，180路徑相位差，則需1/4波長光學(xué)厚度，因為1/4+1/4=1/2, 95nm 在275nm處，95nm厚的膜是半波的長度，1/2+1/2=1 路徑差產(chǎn)生360相位差， 相長干涉，反射增強。 另外，如果膜厚超過95nm，那么最小反射率會紅

4、移，即向更長波長方向，膜層的顏色也會發(fā)生變化 550nm處最小處時，發(fā)射顏色是藍色和紅色光線的中和，眼睛看起來為紫色。限制： 多次反射；多層膜；頻散；2 .微 觀 材 料 特 性 模 型 + 電 磁 理 論 （ 1 ） 基 礎(chǔ) 理 論 ： 光 是 一 種 電 磁 波 能 量 材 料 具 有 一 定 形 式 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) ： 自 由 電 子 、 振 動 的 原 子 和 晶 格 、 能 級 結(jié) 構(gòu) 等 光 作 用 用 材 料 上 ， 會 引 起 材 料 微 觀 的 運 動 形 式 發(fā) 生 變 化 ， 反 過 來 影 響 光 波 的 電 磁 場 （ 2 ） 處 理 方 法 ： 光 電 磁 波

5、動 學(xué) ， 波 動 方 程 表 示 材 料 根 據(jù) 不 同 的 材 料 類 型 ， 采 用 不 同 的 處 理 方 法 ， 經(jīng) 典 傳 播 理 論 中 處 理 原 子 或 晶 格 振 動 吸 收 的 物 理 偶 極 震 蕩 模 型 ， 處 理 帶 間 躍 遷 吸 收 的 量 子 力 學(xué) 模 型 等 兩 者 先 聯(lián) 系 ， 再 結(jié) 合 材 料 本 身 的 電 磁 性 質(zhì) 方 程 ， 得 到 材 料 的 光 學(xué) 常 數(shù) 模 型 （ 3 ） 數(shù) 學(xué) 計 算 電 磁 學(xué) 方 程 和 光 的 波 動 方 程 加 上 數(shù) 學(xué) 推 導(dǎo) ， 得 到 了 一 些 列 單 層 、 多 層 膜 的 反 射 率 、

6、透 過 率 、 吸 收 的 計 算 公 式 這 些 計 算 公 式 形 式 ：R = f ( 波 長 、 入 射 角 度 、 材 料 光 學(xué) 常 數(shù) 、 膜 層 厚 度 ) 以 上 這 些 是 構(gòu) 成 薄 膜 設(shè) 計 的 計 算 基 礎(chǔ) ， 是 準(zhǔn) 確 計 算 復(fù) 雜 膜 層 光 學(xué) 性 能 的 依 據(jù) ， 也 是 軟 件 模 擬 計 算 的 基 礎(chǔ) 以 L o r e n t z 原 子 諧 振 子 模 型 為 例 說 明 ：在 外 電 場 作 用 下 ， 原 子 內(nèi) 部 電 子 和 原 子 核 會 偶 極 化 ， 即 偏 離 正 常 位 置 ， 并 且 圍 繞 平 衡 位 置 做周 期 運

7、 動 ， 在 此 過 程 中 彼 此 碰 撞 會 造 成 能 量 損 耗 ， 故 模 型 化 為 阻 尼 諧 振 器 。 電 子 受 到 加 速 力 、阻 力 、 回 復(fù) 力 以 及 光 輻 射 的 電 場 力 ， 綜 合 電 子 的 位 移 和 受 力 總 結(jié) 得 到 以 下 方 程 ：代 入 光 的 波 動 方 程 ：得 到 電 子 的 位 移 表 達 式結(jié) 合 材 料 本 身 的 電 磁 性 質(zhì) 方 程 ， 極 化 強 度 矢 量 ： 電 位 移 矢 量 ： 將 極 化 強 度Pr e s o n a n t 代 入 可 解 得 該 材 料 的 介 電 常 數(shù) （ 即 光 學(xué) 常 數(shù) ，

8、 折 射 率 與 其 為 平 方 關(guān) 系 ） 與 頻 率 的 表 達 式 ：再 將 該 光 學(xué) 常 數(shù) 代 入 到 上 文 我 們 所 說 的 R = f (波長、入射角度、材料光學(xué)常數(shù)、膜層厚度) 晶格匹配 首先考慮光學(xué)性能，當(dāng)力學(xué)性能出現(xiàn)問題是再考慮晶格匹配的問題，但一般情況下情況濺射膜層材料通常是多晶結(jié)構(gòu)，晶格匹配比較容易滿足，不做詳細考慮。主要內(nèi)容： 1. 膜系設(shè)計原理 2. 膜系結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)試過程 各種產(chǎn)品膜系結(jié)構(gòu)玻璃基底底層介質(zhì)層功能層阻擋層中間介質(zhì)組合層功能層阻擋層頂層介質(zhì)層雙銀雙銀low-Elow-E玻璃玻璃單銀單銀low-Elow-E玻璃玻璃玻璃基底底層介質(zhì)層阻擋層功能層阻

9、擋層頂層介質(zhì)層介質(zhì)層： 提高附著力、改善透光性、調(diào)色阻擋層： 保護Ag層、增強接觸性功能層： 紅外反射、改善熱性能玻璃基片 SiN: 30-40 nm SiN: 35-50 nm NiCr: 3-5 nm Ag: 7-10 nm NiCr: 3-5 nm玻璃基片 SiN: ZnSnO: ZnO: Ag: 7-10 nm NiCr(O): 3-5 nm SiN: 30-50 nm 30-50 nm玻璃基片 SiN: ZnSnO: ZnO: Ag: 6-8 nm NiCr: 3-5 nm ZnAlO: Ag: 10-12 nm NiCr: 3-5 nm ZnSnO: SiN: 70-100 nm

10、30-50 nm 30-50 nm單銀（低透）單銀（高透）雙銀 各膜層的厚度范圍 配靶產(chǎn)量要求節(jié)拍玻璃尺寸和間距工藝走速靶材濺射效率靶功率靶材配備數(shù)量例如： 要求年產(chǎn)量200萬，生產(chǎn)玻璃尺寸24403660，按有效生產(chǎn)時間6500小時計： 節(jié)拍=（65003600）2000000（2.443.66） 104 S 可選90S節(jié)拍配置 考慮玻璃前后間距，玻璃長度按3.8m，90S節(jié)拍下的工藝速度計算： 工藝走速=3.8（9060）=2.5m/min 根據(jù)產(chǎn)品類型的膜層厚度，計算配備靶材的數(shù)量，以硅鋁靶為例，濺射速率按1nm/kw.m/min 生產(chǎn)單銀低透產(chǎn)品，第一層SiN厚度按40nm計算，根據(jù)膜

11、厚=濺射效率功率走速，假如硅鋁 靶配100kw電源，實際可以開到60kw，每套硅鋁靶濺射所得厚度計算為： 厚度=1602.5=24，所以要達到要求的40nm工藝厚度，需要配備2套靶材。 另外，配靶還要兼顧到生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求主要內(nèi)容： 1. 膜系設(shè)計原理 2. 膜系結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)試過程 單靶均勻性1. 功率、氣體、走速值的設(shè)定和依據(jù) 走速設(shè)為1m/min 功率使膜厚能達到使用公式的范圍 氣體滿足生產(chǎn)工藝壓力值 ？ 單靶均勻性2. 濺射效率值的獲得 走速為1m/min，功率為1kw時的平均膜厚值 如右圖： （61.23+57.79）/252.8=1.13 為配靶和生產(chǎn)時計算膜厚值提供依據(jù) 單靶均

12、勻性3. 由顏色值計算膜厚的公式 單靶均勻性材料的建立： 模型選擇 單靶均勻性材料的建立： 初始值的設(shè)定 目前，我們確定膜層厚度和光學(xué)常數(shù)所用的是 全光譜擬合法，即在一定的波譜范圍內(nèi)使模擬 光譜和實測光譜進行擬合，一般采用的是自動 擬合，自動擬合選用的優(yōu)化方法是單純形法， 該優(yōu)化方法可能并不具備全局搜索功能，所以 還是依賴于初始值的設(shè)定。 code中帶有的fit on grid 功能 單靶均勻性材料的建立： 膜厚-顏色值數(shù)據(jù)的提取疑問：顏色值和光譜的標(biāo)準(zhǔn)問題 1 公式計算基準(zhǔn)：D65 2標(biāo)準(zhǔn)觀察者奧博泰在線測量角度10 2 公式中的顏色值是通過擬合光譜提取出來的，那么，在光譜擬合過程中所用的實

13、測光譜測試差別（奧博泰與perkin elma的區(qū)別） 單靶均勻性材料的建立： 膜厚-顏色值公式的擬合 產(chǎn)品調(diào)試1. 功率、氣體、走速值的設(shè)定和依據(jù) 產(chǎn)品調(diào)試2. 根據(jù)熱學(xué)性能確定Ag層3. 調(diào)整NiCr滿足透過率要求 產(chǎn)品調(diào)試4. 根據(jù)顏色值變化調(diào)整某一層的功率或氣體量來微調(diào)產(chǎn)品光譜曲線形狀 產(chǎn)品調(diào)試5. 調(diào)整幅度的依據(jù)主要內(nèi)容： 1. 膜系設(shè)計原理 2. 膜系結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)試過程主要內(nèi)容： 1. 膜系設(shè)計原理 2. 膜系結(jié)構(gòu) 3. 調(diào)試過程 各種產(chǎn)品膜系結(jié)構(gòu)玻璃基底底層介質(zhì)層功能層阻擋層中間介質(zhì)組合層功能層阻擋層頂層介質(zhì)層雙銀雙銀low-Elow-E玻璃玻璃單銀單銀low-Elow-E玻璃玻璃玻璃基底底層介質(zhì)層阻擋層功能層阻擋層頂層介質(zhì)層介質(zhì)層： 提高附著力、改善透光性、調(diào)色阻擋層： 保護Ag層、增強接觸性功能層： 紅外反射、改善熱性能 單靶均勻性2. 濺射效率值的獲得 走速為1m/min，功率為1kw時的平均膜厚值 如右圖： （61.2