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第十一期 薄膜厚度误差分析举例

  • 分类:工艺讲堂
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2021-03-24
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【概要描述】第一个案列是基于kaufman源制备宽带增透膜,第二个案列是激光系统中常用的基频增透膜。在每个案列中,都会先依据实例光谱,逐步分析膜厚误差,并依据分析得到的系统误差,举例说明改善膜系敏感性的薄膜设计方法。

第十一期 薄膜厚度误差分析举例

【概要描述】第一个案列是基于kaufman源制备宽带增透膜,第二个案列是激光系统中常用的基频增透膜。在每个案列中,都会先依据实例光谱,逐步分析膜厚误差,并依据分析得到的系统误差,举例说明改善膜系敏感性的薄膜设计方法。

  • 分类:工艺讲堂
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  第九期主要讲述了厚度误差分析,所述内容是个人经验的总结。其中提到,厚度误差主要分为系统误差和随机误差。随机误差主要与设备配置有关,工艺工程师很难控制,后面会有内容安排专门讲述设备配置与随机误差的关系。系统误差与薄膜设计和硬件设备有关,属于工艺技术员的可控范围。

  本期内容通过两个案列对系统误差的控制和应用进行讲述。

  第一个案列是基于kaufman源制备宽带增透膜,第二个案列是激光系统中常用的基频增透膜。在每个案列中,都会先依据实例光谱,逐步分析膜厚误差,并依据分析得到的系统误差,举例说明改善膜系敏感性的薄膜设计方法。

  案例一:设备配置,国泰ZZS1350镀膜机,金雅克电子枪,JYK-5KWA型考夫曼离子源,公转工件盘。膜林晶振膜厚控制仪。光谱要求,R<0.5%@400-800nm,基板B270。

  考虑到TiO2在400nm附近已经有微弱吸收,因此建议用Ta2O5作为高折射率材料。常规情况下,以长波通为起始膜堆,会得到下图中实线所示的设计光谱,一共18层,详细设计厚度见4)分析总结。点线为实测光谱。

图片1.png

  下面将会一步一步分析膜厚误差。考虑到样品水煮后光谱几乎无漂移,意味着可以不用考虑吸潮引起的厚度误差。为了尽可能提高控制精度,镀膜过程中没有使用新晶振,并对晶振进行了烘烤处理。考虑到膜系设计厚度非规整,极薄层很多,因此,对于一个稳定的蒸发过程,初步认为误差主要来自厚度比例和薄层。

  1) Tooling之厚度比例误差

  对薄膜材料进行编组,比如Ta2O5为1,SiO2为2。尝试不同比例下的光谱,可以发现组1为0.98,组2为1.02时,光谱形状趋势吻合的比较好。

图片2.jpg

  2) 晶振之厚度相关误差

  保持组系数不变,考虑薄层误差。我们在第九期分析过薄层误差形成的原因,这里不再重复讲述。依据误差形成原因,可以认为对于确定的膜料和工艺,系统误差是个确定值,假定当前工艺下Ta2O5为X,SiO2为Y。通过尝试不同的XY组合,来拟合光谱。多次尝试后,发现当X=1nm,Y=0.3nm时,拟合值最接近测量光谱。

图片3.png

  3) 随机误差

  经过第一步和第二步后,发现调整整体厚度误差已经很难拟合的更好。此时可以通过Interactive Analysis进行逐层调整。如下图所示,调整单独的个别层后,拟合的很完美。此时的调整不符合整体厚度分布规律,可以认为是随机误差。

图片3.png

  4)

  1) 分析总结

  对上述规程数据进行了整理,可以得到如下表的数据。其中的比例通过调整后,后续将会进一步缩小,甚至变为1。对于确定的工艺和膜料,系统误差值将会一直存在。

  随机误差属于无规律的值,属于不可控的影响因素。从随机误差的分析结果看,依然符合我们在第九期提到的1nm/1%原则。随机误差决定了一个膜系制备的难易程度。

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