[发明专利]一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法

说明书

本发明涉及溅射成膜技术领域，具体来说是一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法，在溅射过程中，通过固态微波源激励等离子体实现膜层氧化，以提高膜层折射率的稳定性。本发明优选地采用工业微波频率为2450MHz的固态微波源，相对于使用RF射频激励等离子体的方式其具有以下优点：使用频率提高很大，RF射频频率为13.56M Hz，而微波频率为2450M Hz，使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高；不需要使用大功率射频电源，或使用多个射频氧化源，大幅降低设备成本；膜层折射率稳定性大幅提高，镀膜产品品质、良品率提高；采用矩形谐振腔的设计，使谐振腔内微波谐振腔模式数取得最大值，提高微波场的均匀性。

技术领域

本发明涉及溅射成膜技术领域，具体来说是一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法。

背景技术

光学镀膜是指在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。在光学零件表面镀膜的目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。光学薄膜的定义是：光在传播路径过程中，附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层，通过分层介质膜层时的反射、透(折)射和偏振等特性，以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或偏振分离等各特殊形态的光。至于薄膜的制备方法，一般有电子束镀膜机、PECVD、磁控溅射等。

其中，磁控溅射镀膜对于现有技术中常用的电子束镀膜机，即蒸发镀膜，的优点如下：电子束蒸发机成膜机理的核心是膜料分子通过电子束加热使坩埚料槽中的膜料蒸发并输运到工件表面，这一蒸发和输运的过程，膜料分子仅获得了0.2到0.3ev的能量。如此低的能量，不足以使沉积到工件表面的膜料分子获得充分有效的迁移，导致膜层孔隙率很大、折射率不稳定，膜层不致密，强度和耐腐蚀性能都不好。

因此，为了达到高质量成膜，高端电子束蒸发镀膜通常要加射频离子源或大功率等离子体源进行辅助沉积，同时基片加温到200到300℃。但这两种手段并不适合所有类型的镀膜产品，例如用于手机类产品大面积低温成膜生产工艺。

另外，蒸发镀膜机膜层折射率具有不稳定性，会导致产品品质的不稳定。

而对于现有的磁控溅射技术而言，由于光学薄膜膜料一般均是氧化物，氧化物一般是非导体，所以溅射氧化物一般只能用射频溅射，但射频溅射缺点是电源昂贵，且溅射速率低，成膜效率很低；且用直流反应溅射的话容易引起靶中毒，导致溅射停止。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法，无需使用大功率射频电源，且使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高。

为了实现上述目的，设计一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法，在溅射过程中，通过固态微波源激励等离子体实现膜层氧化，以提高膜层折射率的稳定性。

优选地，采用的固态微波源的频率为2450MHz。

优选地，所述的固态微波源采用具有矩形谐振腔的定向耦合器波导，从而提高谐振腔内的微波谐振腔模式数，提高微波场的均匀性。

优选地，采用双磁控溅射靶进行磁控溅射镀膜。

优选地，磁控溅射靶的材料包括硅、铌、钽、钛、锆。

优选地，所述的方法具体如下：向用于磁控溅射的真空腔体的一侧的氧化区导入氧气，用以把镀层金属氧化成氧化物，并通过所述的固态微波源为氧分子输入能量，以生成活泼的等离子体进而提高与金属结合的效率，其中镀层金属为导电体，且为非氧化物。

优选地，所述的固态微波源设置有相连的调谐器和定向耦合器波导，所述的定向耦合器波导的谐振腔采用矩形谐振腔。

优选地，所述的定向耦合器波导远于调谐器的一端还连接有适配端部。