[发明专利]一种镀膜速率的精确标定方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜领域，特别涉及一种镀膜速率的精确标定方法及其应用。

背景技术

薄膜技术在科技发展中起着日益广泛和重要的作用，膜厚监控技术作为薄膜技术中的一项关键技术也引起了人们越来越多的重视。而镀膜速率在工艺中对光学器件的设计、功能的实现及控制至关重要，尤其是随着软X射线多层膜技术的深入发展，在短波波段对镀膜的精确性要求越来越高，准确测量出各点的镀膜速率，并严格控制测量精度成为影响其发展的重要因素之一。

对于软X射线多层膜而言，由于厚度极薄，其镀膜速率无法直接标定，厚度难以精确控制，通常所采用的长时间累积测厚来推算其镀膜速率的方式误差很大，从而导致高性能软X射线多层膜的镀制难度很高。因此，能够精确标定镀膜速率对薄膜实际厚度的控制具有非常重要的意义。

现所普遍采用的速率测算方法中，常用方法主要有光学监控法和石英晶振法：光学监控法一般通过镀膜前后的透射光谱的变化来进行速率监控，其有着广泛的优点，比如可以直接测量光学厚度的镀膜速率，并能测出薄膜折射率、结构、吸收等相关信息，因此可以在单位时间内对某些膜系厚度误差进行自动补偿，最终完成膜厚监控，所以光学监控法是光学薄膜镀膜监控中使用最多的方法。但镀膜速率较低时，尤其是所镀薄膜厚度不足四分之一监控波长时，光谱中含有的厚度信息显著下降，拟合精度明显降低，其速率检测精度相应下降很多。而且当噪声较大时，精度也会随之下降。

石英晶振法进行镀膜速率的监控主要是利用了石英晶体的两个效应，即压电效应和质量负荷效应。石英晶体的压电效应的固有频率不仅取材于其几何尺寸，切割类型，而且取决于芯片的厚度。当芯片上镀了某种膜层，使其厚度增大时，则芯片的固有频率会相应的衰减。这种监控方法也正是通过测量频率或与频率有关的参数的变化来间接监控镀膜速率的。它直接监控的是一定时间内薄膜的质量变化，与工作波段无关，设置简单，各种厚度皆可控制，而且这种方法监控单位时间内膜厚产生的信号容易处理并可进行自动控制。但石英晶振法只能控制膜层的质量厚度，而不能直接反映出其光学厚度。另一方面石英晶体振荡频率的稳定性是影响测量精度的最重要因素，其稳定度主要取决于测量电路和晶体工作的环境温度，其中环境温度又处于主导地位。晶体的基频会随温度发生变化.同时沉积过程的温度受蒸发源的辐射热的影响。此外，蒸汽在晶体上凝聚时会直接释放出热量，凝聚热使局部温度发生明显的变化，导致其误差增大、精度下降。

因此在镀膜速率比较低、膜层比较薄的时候，传统方法往往由于薄膜厚度已经超过其测量极限而无法进行直接的速率监控。这时速率的测量只能采用反复累加求平均的方法来实现，即通过延长镀膜时间、测量可精确检测的足够累积厚度，然后以平均镀膜速率来代替。这样，一方面会把镀膜速率随时间的变化或不稳定性引入进来平均掉，不能完全反映所需时刻镀膜速率的真实情况，导致其测量精度下降甚至不准；另一方面，长时间的累积误差也会使测量误差变大和精度下降。还有，过长的测量时间，对在线检测和实时监控不利。现有方法都难以精确测量实时的镀膜速率，无法评估镀膜速率的稳定性随时间的变化。

发明内容

本发明的目的是克服传统方法的原理限制和难以逾越的困难，提供一种简便、快捷的能精确标定各种介质薄膜的镀膜速率的方法，该方法能保持传统光学监控法的优势，又能消除石英晶振等方法的稳定性问题，特别适用于在线检测和实时监控，尤其适合对超低镀膜速率的精确标定。

实现本发明目的的技术方案是一种镀膜速率的精确标定方法，包括以下步骤：

①制备标准基片；所述标准基片包括衬底和干涉膜；制备方法为：在衬底上引入一层足以形成干涉的干涉膜；

②测量标准基片的透射谱或反射谱；

③将待测速率薄膜镀制在标准基片上，镀膜时间为t；

④测量镀膜后的标准基片的透射谱或反射谱；

⑤比较第②步和第④步中的透射谱或反射谱，根据峰位的变化量计算出镀膜厚度d，则根据镀膜时间t和镀膜厚度d计算出镀膜速率v。

所述第⑤步中，采用多峰分解拟合技术确定镀制待测薄膜前后的峰位；所述多峰分解拟合技术的具体步骤为：

①在原始数据光谱上，初步确定构成光谱的主峰和次峰总数；

②通过数据分析处理软件或自编程序，生成每个峰的初始结构；

③确定拟合目标误差值，通过不断调节各分解子波的占比来构筑总的拟合光谱；

④对比拟合光谱与原始光谱之间差异，当此差异小于给定的拟合目标误差值时，停止拟合，此时得到的特定分解子波占比构成的拟合光谱即为目标拟合光谱，该光谱的峰位即为最终确定的精确峰位；