[go: up one dir, main page]

RU2690232C1 - Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method - Google Patents

Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method Download PDF

Info

Publication number
RU2690232C1
RU2690232C1 RU2018137731A RU2018137731A RU2690232C1 RU 2690232 C1 RU2690232 C1 RU 2690232C1 RU 2018137731 A RU2018137731 A RU 2018137731A RU 2018137731 A RU2018137731 A RU 2018137731A RU 2690232 C1 RU2690232 C1 RU 2690232C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
substrate
optical control
optical
indirect
Prior art date
Application number
RU2018137731A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Жупанов
Павел Алексеевич Новиков
Дмитрий Романович Павлышин
Иван Викторович Козлов
Виктор Николаевич Федосеев
Александр Владимирович Тихонравов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
Priority to RU2018137731A priority Critical patent/RU2690232C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2690232C1 publication Critical patent/RU2690232C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C23C14/547—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using optical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0683—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating measurement during deposition or removal of the layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: method involves sputtering of coating material in vacuum by electron-beam evaporation and deposition of vapors on surface of substrate at rotation of substrates by mechanism with planetary gear. Direct optical inspection is carried out by measuring the transmission spectrum of the coating on each turn of the substrate and indirect optical inspection on the specimen. For direct and indirect optical inspections, function value of sprayed layer discrepancy is calculated. First, direct optical inspection is carried out, wherein stopping of sputtering of each layer is performed when minimum of its discrepancy function is achieved, and after the layer on which the discrepancy function minimum value is more than 1 %, indirect optical inspection is carried out, wherein stopping of sputtering of each layer is performed when the minimum of its discrepancy function is achieved. During direct optical inspection, calibration factor value between direct and indirect optical inspections is determined, wherein the thickness of the coating of the substrate and the test specimen is determined from the transmission spectra of the coatings of the substrate and the test specimen. With indirect inspection, the thickness of each layer of the witness coating is calculated by dividing the calculated thickness of the corresponding substrate coating layer by the calibration factor.EFFECT: high accuracy of controlling thickness of layers during application thereof.2 cl, 5 dwg

Description

Группа изобретений относится к изготовлению оптических элементов и представляет собой способ нанесения многослойных покрытий на поверхность оптической подложки, а также установку для осуществления этого способа.The group of inventions relates to the manufacture of optical elements and is a method of applying multilayer coatings on the surface of an optical substrate, as well as installation for implementing this method.

Известен способ нанесения многослойного покрытия на поверхность оптической подложки и устройство для его осуществления (патент SU 807054, «Устройство для контроля толщины слоев для многослойных покрытий»). Известный способ и устройство имеют следующие недостатки - для нанесения покрытия используется монохроматический контроль, а также контроль происходит только по контрольным подложкам. Таким образом, данный способ не обеспечивает необходимой точности контроля.A known method of applying a multilayer coating on the surface of an optical substrate and a device for its implementation (patent SU 807054, "A device for controlling the thickness of layers for multilayer coatings"). The known method and device have the following disadvantages — monochromatic control is used for coating, and also control occurs only on control substrates. Thus, this method does not provide the necessary accuracy of control.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения многослойного покрытия на поверхность оптического элемента и установка для его осуществления (патент RU №2133049, «Способ нанесения просветляющего многослойного покрытия на поверхность оптического элемента и установка для осуществления способа») Способ нанесения многослойного покрытия на оптические подложки включает напыление, осуществляемое путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки. Описанная установка для нанесения многослойного покрытия на оптические подложки содержит вакуумную камеру с устройством для регулирования величины вакуума, размещенные в камере электронно-лучевые испарители с устройством для регулирования величины тока, устройство для крепления оптических элементов с регулируемым приводом для их вращения и блок контроля толщины покрытия. Однако известный способ применяется только лишь для изготовления просветляющих многослойных покрытий. Максимальное показанное число слоев покрытия, которое можно нанести данным способом, и с помощью данной установки, равно пяти, при нанесении большего количества слоев способ недостаточно точен, так как установка оснащена блоком контроля, определяющим толщину покрытия только по рабочим подложкам. Также с использованием данного способа и установки невозможно нанесение равномерного покрытия на крупногабаритные подложки.The closest of the known technical essence and the achieved result is a method of applying a multilayer coating on the surface of the optical element and installation for its implementation (patent RU №2133049, "Method of applying antireflection multilayer coating on the surface of the optical element and installation for implementing the method") Method of applying multilayer coating on optical substrates includes sputtering carried out by electron beam evaporation of the coating material in a vacuum and vapor deposition on p substrate surface. The described apparatus for applying a multilayer coating on optical substrates comprises a vacuum chamber with a device for controlling the magnitude of the vacuum, electron-beam evaporators placed in the chamber with a device for controlling the current, a device for fixing optical elements with an adjustable drive for rotating them, and a coating thickness control unit. However, the known method is used only for the manufacture of antireflection multilayer coatings. The maximum number of coating layers shown, which can be applied by this method, and using this installation, is five, when applying a larger number of layers, the method is not accurate enough, as the installation is equipped with a control unit that determines the thickness of the coating only on the working substrates. Also using this method and installation it is impossible to apply a uniform coating on large-sized substrates.

Задачей и техническим результатом группы изобретений является повышение точности контроля толщины слоев как просветляющих, так и других типов многослойных покрытий во время их нанесения, возможность нанесения с высокой степенью точности и равномерности многослойных покрытий на крупногабаритные подложки.The task and technical result of the group of inventions is to improve the accuracy of control of the thickness of the layers of both antireflection and other types of multilayer coatings during their application, the possibility of applying with a high degree of accuracy and uniformity of multilayer coatings on large-sized substrates.

Указанная задача и технический результат решается тем, что способ нанесения многослойного покрытия на оптические подложки включает напыление, осуществляемое путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки, при этом нанесение многослойного покрытия на оптические подложки происходит при вращении подложек механизмом с планетарной передачей. Контроль процесса напыления происходит с помощью комбинированной системы широкополосного оптического контроля, включающей в себя как прямой оптический контроль, выполняющий измерения спектра пропускания покрытия подложки в процессе напыления на каждом обороте подложки вокруг оси вакуумной камеры, причем за один оборот последовательно выполняются измерения на всех вращающихся подложках, так и косвенный оптический контроль, выполняющий измерения спектра пропускания покрытия образца-свидетеля, работающий параллельно с прямым оптическим контролем все время напыления и осуществляющийся по образцу-свидетелю, рассчитанному на несколько позиций. Для прямого оптического контроля и для косвенного оптического контроля автоматически рассчитывается значение функции невязки напыляемого слоя, являющееся мерой несовпадения измеряемой кривой спектра пропускания покрытия и расчетной кривой спектра пропускания покрытия и вычисляемое путем деления суммы модулей разностей между измеренным значением пропускания и расчетным его значением в каждой спектральной точке на количество спектральных точек. Контроль процесса напыления производится сначала с помощью прямого оптического контроля, при этом остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки прямого оптического контроля, а после слоя, на котором значение минимума функции невязки прямого оптического контроля становится более 1%, контроль напыления осуществляется с помощью косвенного оптического контроля, при этом остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки косвенного оптического контроля. При контроле процесса напыления с помощью прямого оптического контроля для каждого распыляемого материала на каждом слое автоматически определяется значение калибровочного коэффициента между прямым и косвенным оптическими контролями путем деления толщины слоя покрытия оптической подложки на толщину соответствующего слоя покрытия образца-свидетеля, причем толщина покрытия оптической подложки и образца-свидетеля определяется автоматически с помощью программного обеспечения исходя из измеряемых спектров пропускания покрытия подложки и спектров пропускания покрытия образца-свидетеля соответственно, а после перехода на режим контроля с помощью косвенного контроля расчетная толщина каждого слоя покрытия образца-свидетеля вычисляется автоматически путем деления расчетной толщины соответствующего слоя покрытия оптической подложки на калибровочный коэффициент распыляемого материала. В качестве значений калибровочных коэффициентов для каждого распыляемого материала, используемых для вычисления расчетных толщин слоев покрытия для образца-свидетеля, используется среднее значение калибровочных коэффициентов нескольких последних слоев соответствующего материала, контроль напыления которых происходил с помощью прямого оптического контроля.This task and the technical result is solved by the fact that the method of applying a multilayer coating on optical substrates includes sputtering carried out by electron beam evaporation of the coating material in vacuum and vapor deposition on the substrate surface, while applying a multilayer coating on optical substrates occurs when the substrate rotates planetary gear. The sputtering process is controlled using a combined broadband optical control system, which includes both direct optical control, measuring the transmission spectrum of the substrate during sputtering on each revolution of the substrate around the axis of the vacuum chamber, and in one revolution, measurements are performed on all rotating substrates, and indirect optical monitoring, which measures the transmission spectrum of the coating of the sample witness, which operates in parallel with direct optical sky spraying all the time and carried out according to a witness sample calculated for several positions. For direct optical monitoring and for indirect optical monitoring, the value of the residual function of the sprayed layer is automatically calculated, which is a measure of the discrepancy between the measured transmission spectrum of the coating and the calculated transmission spectrum of the coating and calculated by dividing the sum of the moduli of the differences between the measured transmission value and its calculated value at each spectral point on the number of spectral points. The deposition process is monitored first by direct optical inspection, while the deposition of each layer is stopped and the next layer is deposited when the minimum of the direct optical control residual function is reached, and after the layer on which the minimum value of the direct optical control residual function becomes more than 1% , sputtering control is carried out using indirect optical control, while stopping the spraying of each layer and the transition to sputtering the next layer is carried out and achieving the minimum of the function of the residual of the indirect optical control. When monitoring the spraying process using direct optical inspection for each material sprayed on each layer, the calibration factor value is automatically determined between direct and indirect optical controls by dividing the thickness of the coating layer of the optical substrate by the thickness of the corresponding coating layer of the witness sample, and the coating thickness of the optical substrate and sample -witness is determined automatically using software based on measured transmission spectra of the coating The transmittance spectra of the witness’s sample are respectively transmitted, and after switching to the control mode using indirect control, the calculated thickness of each layer of the witness’s sample is calculated automatically by dividing the calculated thickness of the corresponding coating layer of the optical substrate by the calibration coefficient of the sprayed material. As the values of the calibration coefficients for each sprayed material used to calculate the calculated thickness of the coating layers for the witness sample, the average value of the calibration coefficients of the last few layers of the corresponding material, the deposition control of which occurred using direct optical control, is used.

Предлагаемая конструкция установки позволяет реализовать заявляемый способ.The proposed installation design allows you to implement the inventive method.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an installation diagram for implementing the method.

На фиг. 2 изображен вид сверху на подложкодержатели и изометрическая проекция подложкодержателя. Круговыми стрелками показаны направления вращения подложкодержателей.FIG. 2 shows a top view of the substrate holders and an isometric view of the substrate holder. The circular arrows show the directions of rotation of the substrate holders.

На фиг. 3 изображены траектории измерений, производимых с помощью прямого оптического контроля на прямоугольной подложке за 18 оборотов платформыFIG. 3 shows the trajectories of measurements made using direct optical control on a rectangular substrate for 18 turns of the platform

На фиг. 4 приведен график зависимости неравномерности оптического покрытия от расстояния по диагонали подложки для каждого из трех подложкодержателей (кривые 1, 2, 3).FIG. 4 shows a plot of the non-uniformity of the optical coating as a function of the diagonal distance of the substrate for each of the three substrate holders (curves 1, 2, 3).

На фиг. 5 представлены зависимости коэффициента отражения для s- (кривая 1) и р-поляризованного (кривая 2) излучения от длины волны для 28-слойного поляризатора, работающего под углом Брюстера, нанесенного с использованием комбинированной системы оптического контроля.FIG. 5 shows the dependences of the reflection coefficient for s- (curve 1) and p-polarized (curve 2) radiation on the wavelength for a 28-layer polarizer operating at the Brewster angle, applied using a combined optical control system.

Заявленный способ нанесения многослойного покрытия на оптические подложки реализуется с помощью установки для нанесения многослойного покрытия на оптические подложки содержащей вакуумную камеру с устройством для регулирования величины вакуума, размещенные в камере электронно-лучевые испарители, содержит механизм вращения подложкодержателей с планетарной передачей, включающий привод механизма вращения и вращающуюся вокруг своей оси платформу с подложкодержателями, вращающимися вокруг своих осей. Установка дополнительно оборудована комбинированной системой широкополосного оптического контроля, включающей в себя прямой оптический контроль и косвенный оптический контроль. При этом прямой оптический контроль состоит из держателя, осветителя прямого оптического контроля, свет от которого по световоду прямого оптического контроля подводится к коллиматору прямого оптического контроля, объектива, собирающего свет в оптоволокно для передачи его в спектрометр прямого оптического контроля, системы синхронизации, обеспечивающей проведение измерений в момент нахождения подложки с осаждаемым на нее покрытием на пути зондирующего луча осветителя и компьютера с программным обеспечением. Система синхронизации состоит из датчика первого оборота, датчика счета оборотов, датчика угла поворота привода вращения и платы с процессором на архитектуре программируемой логической интегральной схемы. Датчик первого оборота и датчик счета оборотов представляют собой пару геркон/магнит, при этом геркон датчика первого оборота и датчика счета оборотов находится на опоре, закрепленной на стенке вакуумной камеры, магнит датчика первого оборота закреплен на валу подложкодержателя, так, что замыкание пары геркон/магнит происходит один раз за время вращения подложкодержателя до повторения им своей же траектории. Магнит датчика счета оборотов закреплен на платформе и срабатывание пары геркон/магнит происходит на каждом ее обороте. При этом косвенный оптический контроль состоит из осветителя косвенного оптического контроля, излучение от которого по световоду косвенного оптического контроля подводится к коллиматору косвенного оптического контроля, оптической головки, спектрометра косвенного оптического контроля, программируемого логического контроллера, а оптическая головка содержит образец-свидетель.The claimed method of applying a multilayer coating on optical substrates is implemented using an installation for applying a multilayer coating on optical substrates containing a vacuum chamber with a device for regulating the vacuum, placed in the chamber electron beam evaporators, contains a rotation mechanism of substrate holders with a planetary gear, including a rotation mechanism drive and a platform rotating around its axis with substrate holders rotating around its axes. The installation is additionally equipped with a combined broadband optical control system, which includes direct optical control and indirect optical control. At the same time, direct optical control consists of a holder, a direct optical control illuminator, the light from which is fed to a direct optical control collimator, a lens that collects light into the optical fiber to transmit it to a direct optical spectrometer, a synchronization system that provides measurements at the moment when the substrate is located with a coating deposited on it in the path of the probe beam of the illuminator and the computer with the software. The synchronization system consists of a first-turn sensor, a count-of-turns sensor, a rotational drive angle sensor, and a board with a processor on a programmable logic integrated circuit architecture. The first turn sensor and the turn counter sensor are a reed switch / magnet, while the reed sensor of the first turn and speed count sensor is on a support fixed to the wall of the vacuum chamber, the first turn sensor magnet is fixed to the shaft of the substrate holder so that the short of the reed switch / The magnet occurs once during the rotation of the substrate holder before it repeats its own trajectory. The magnet of the rev counter sensor is fixed on the platform and the triggering of the reed / magnet pair occurs on each of its turns. At the same time, indirect optical control consists of an indirect optical control illuminator, the radiation from which indirect optical control is supplied to the collimator of indirect optical control, an optical head, an indirect optical control spectrometer, a programmable logic controller, and the optical head contains a witness sample.

Таким образом, способ и установка обеспечивают повышение качества многослойных покрытий, напыляемых при планетарном вращении подложек, вследствие повышения точности контроля толщины слоев покрытия, что достигается благодаря использованию комбинированной системы оптического контроля, включающей в себя как прямой, так и косвенный оптический контроль, и позволяющей использовать преимущества каждого из них.Thus, the method and installation provide improved quality of multilayer coatings sprayed during planetary rotation of the substrate, due to improved accuracy of control of the thickness of the coating layers, which is achieved through the use of a combined optical control system, which includes both direct and indirect optical control, and allows the advantages of each.

Способ нанесения покрытия представляет собой электронно-лучевое испарение материала покрытия в вакууме и осаждение паров на оптические подложки. Программное обеспечение установки позволяет загружать конструкцию многослойного покрытия с отображением на экране компьютера расчетных спектральных характеристик каждого слоя в отдельности и покрытия в целом. Контроль скорости напыления осуществляется с помощью кварцевых датчиков, причем каждый кварцевый датчик имеет два кварцевых резонатора, каждый из которых предназначен для контроля скорости строго определенного распыляемого материала. Установка оснащена механизмом вращения подложек с планетарной передачей, который позволяет одновременно наносить покрытие на три подложки диаметром до 1 метра. Установка оборудована комбинированной системой оптического контроля, включающей в себя как прямой, так и косвенный оптический контроль, причем как прямой, так и косвенный контроли являются широкополосными. С помощью прямого оптического контроля выполняются измерения спектра пропускания покрытия подложки в процессе напыления на каждом обороте подложки вокруг оси вакуумной камеры. За один оборот последовательно выполняются измерения на всех трех вращающихся подложках. С помощью системы синхронизации измерения происходят в момент нахождения подложки с осаждаемым на нее покрытием на пути зондирующего луча прямого оптического контроля. Одновременно с прямым оптическим контролем все время напыления осуществляется косвенный оптический контроль по образцу-свидетелю, расположенному в центре вакуумной камеры и рассчитанному на 12 позиций. Компьютер выводит на экран измеренные спектры пропускания покрытия подложки и спектры пропускания покрытия образца-свидетеля в режиме реального времени. Программное обеспечение установки позволяет определять зависимость значения функции невязки измеренного и расчетного спектров пропускания от времени напыления. Невязка - разность между значением функции, вычисленным по результатам измерений, и истинным ее значением. В данном случае значение функции невязки вычисляется путем деления суммы модулей разностей между измеренным значением пропускания и расчетным его значением в каждой спектральной точке на количество спектральных точек, то есть невязка характеризует несовпадение измеряемой кривой пропускания и расчетной. Значение невязки, равное нулю, означает, что измеряемая кривая полностью совпадает с расчетной. Остановка процесса напыления и переход к следующему слою осуществляется при достижении минимума функции невязки прямого оптического контроля, а в идеальном случае - нулевого значения. Однако с увеличением количества напыленных слоев минимальное значение невязки прямого оптического контроля на каждом последующем слое возрастает вследствие накопления незначительных ошибок остановки напыления каждого предыдущего слоя. Данный эффект затрудняет оператору на последних слоях выбор момента остановки процесса напыления и перехода к следующему слою. Для косвенного оптического контроля проблемы возрастающего с каждым слоем значения минимума функции невязки не существует вследствие напыления слоев покрытия на несколько позиций образца-свидетеля. Таким образом, после слоя, на котором значение минимума функции невязки прямого оптического контроля становится более 1%, контроль напыления осуществляется с помощью косвенного оптического контроля, при этом остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки косвенного оптического контроля. Однако для осуществления контроля процесса напыления с помощью косвенного оптического контроля необходимо знать для каждого распыляемого материала калибровочный коэффициент, учитывающий разницу скоростей напыления материала на образец-свидетель и на подложку. Обычно калибровочные коэффициенты для расчета толщины слоев на образце-свидетеле косвенного контроля определяются до начала процесса напыления. Однако, как показывает практика, определенное заранее значение калибровочного коэффициента может отличаться от реального из-за случайных отклонений параметров процесса, изменения показателей преломления распыляемых материалов вследствие наличия примесей, морфологических изменений в процессе осаждения распыляемых материалов, а также из-за изменения температуры подложки в процессе ее вращения в вакуумной камере. Поэтому в процессе напыления для каждого распыляемого материала на каждом слое с помощью программного обеспечения автоматически определяется значение калибровочного коэффициента путем деления толщины покрытия оптической подложки на соответствующую ей толщину покрытия образца-свидетеля.The coating method is electron beam evaporation of the coating material in a vacuum and vapor deposition on optical substrates. The installation software allows you to load the design of a multilayer coating with the computer display of the calculated spectral characteristics of each layer separately and the coating as a whole. The deposition rate is controlled using quartz sensors, each quartz sensor having two quartz resonators, each of which is designed to control the speed of a strictly defined sputtered material. The installation is equipped with a mechanism for rotating substrates with a planetary gear, which allows you to simultaneously apply the coating to three substrates with a diameter of up to 1 meter. The facility is equipped with a combined optical control system that includes both direct and indirect optical control, with both direct and indirect controls being broadband. With the help of direct optical control, measurements are made of the transmission spectrum of the coating of the substrate in the process of spraying on each revolution of the substrate around the axis of the vacuum chamber. During one revolution, measurements are performed on all three rotating substrates. With the help of the synchronization system, measurements occur at the moment when the substrate is found with a coating deposited on it in the path of the probe beam of direct optical control. At the same time with direct optical control, the entire time of deposition is carried out by indirect optical control according to a witness sample located in the center of the vacuum chamber and calculated for 12 positions. The computer displays the measured transmittance spectra of the substrate coating and the transmittance spectra of the witness sample in real time. The installation software allows determining the dependence of the value of the residual function of the measured and calculated transmittance spectra on the deposition time. The discrepancy is the difference between the value of the function, calculated from the measurement results, and its true value. In this case, the value of the residual function is calculated by dividing the sum of the moduli of differences between the measured transmittance value and its calculated value at each spectral point by the number of spectral points, that is, the residual characterizes the discrepancy between the measured transmittance curve and the calculated one. The value of the residual, equal to zero, means that the measured curve completely coincides with the calculated one. The sputtering process is stopped and the transition to the next layer occurs when the minimum of the residual function of the direct optical control is reached, and in the ideal case, it is zero. However, with an increase in the number of deposited layers, the minimum value of the residual of the direct optical control at each subsequent layer increases due to the accumulation of slight errors in stopping the deposition of each previous layer. This effect makes it difficult for the operator in the last layers to choose the moment of stopping the spraying process and moving to the next layer. For indirect optical control, the problem of the minimum of the function of the discrepancy increasing with each layer does not exist due to the deposition of coating layers on several positions of the witness sample. Thus, after the layer on which the minimum value of the discrepancy function of the direct optical control becomes more than 1%, the sputtering control is performed using indirect optical control, while the sputtering of each layer is stopped and the transition to sputtering the next layer is performed when the minimum of the indirect optical control feature is reached . However, to control the deposition process using indirect optical inspection, it is necessary to know for each material sprayed a calibration factor that takes into account the difference in the deposition rate of the material on the sample witness and on the substrate. Usually, calibration coefficients for calculating the thickness of a sample on a witness of indirect control are determined before the start of the spraying process. However, as practice shows, the predetermined value of the calibration coefficient may differ from the actual value due to random deviations of the process parameters, changes in the refractive indices of the sputtered materials due to the presence of impurities, morphological changes in the deposition process of the sputtered materials, and also its rotation in the vacuum chamber. Therefore, in the process of spraying, the value of the calibration coefficient is automatically determined by each software for each sprayed material on each layer by dividing the coating thickness of the optical substrate by the corresponding thickness of the witness sample.

На фиг. 1 представлена схема установки для реализации способа. Установка состоит из вакуумной камеры 1, вакуумной системы откачки, системы управления 2, механизма вращения подложкодержателей с планетарной передачей, прямого оптического контроля, косвенного оптического контроля, системы синхронизации, основных и вспомогательных узлов, обеспечивающих проведение технологического цикла нанесения покрытий.FIG. 1 shows an installation diagram for implementing the method. The installation consists of a vacuum chamber 1, a vacuum pumping system, a control system 2, a mechanism of rotation of substrate holders with a planetary gear, direct optical control, indirect optical control, a synchronization system, main and auxiliary units ensuring the implementation of the technological coating cycle.

Вакуумная камера 1 изготовлена из нержавеющей стали, имеет габариты (2,5×2,5×2,5) м и оборудована сменными экранами для защиты от запыления, в ней установлены два электронно-лучевых испарителя 3 (Telemark 295 electron beam source), заслонки электронно-лучевых испарителей 4, ионный источник 5 (KRI еН3000), нейтрализатор 6, механизм вращения подложкодержателей с планетарной передачей, три подложкодержателя 7, датчики системы синхронизации, элементы прямого и косвенного оптических контролей. Нагрев и испарение материала осуществляется электроннолучевыми испарителями 3. Ионный источник 5 используется для очистки подложек 8 и ионного ассистирования процесса напыления. Вакуумная система с криогенными насосами обеспечивает остаточное давление 2×10-6 мбар. Список напыляемых диэлектрических материалов включает в себя Nb2O5, Y2O3, Sc2O3, HfO2, ZrO2, SiO2.The vacuum chamber 1 is made of stainless steel, has dimensions (2.5 × 2.5 × 2.5) m and is equipped with replaceable screens for protection against dusting, it has two electron-beam evaporators 3 (Telemark 295 electron beam source), dampers of electron-beam evaporators 4, ion source 5 (KRI eH3000), neutralizer 6, rotation mechanism of substrate holders with a planetary gear, three substrate holders 7, sensors of the synchronization system, elements of direct and indirect optical controls. Heating and evaporation of the material is carried out by electron beam evaporators 3. Ion source 5 is used to clean the substrates 8 and ion assist the deposition process. A vacuum system with cryogenic pumps provides a residual pressure of 2 × 10 -6 mbar. The list of sprayed dielectric materials includes Nb 2 O 5 , Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , SiO 2 .

Система управления 2 позволяет регулировать величину вакуума в камере 1, значение тока электронно-лучевых испарителей 3, поток технологических газов через ионный источник 5 и нейтрализатор 6, ток и напряжение на ионном источнике 5 и нейтрализаторе 6, скорость вращения подложкодержателей 7.The control system 2 allows you to adjust the amount of vacuum in the chamber 1, the value of the current of electron-beam evaporators 3, the flow of process gases through the ion source 5 and the neutralizer 6, the current and voltage on the ion source 5 and the neutralizer 6, the rotation speed of the substrate holders 7.

Механизм вращения подложкодержателей 7 включает в себя привод 9, платформу 10, вал 11. Установка позволяет одновременно наносить покрытие на три подложки диаметром до 1 метра (фиг. 2). Механизм вращения подложкодержателей 7 является планетарным и имеет такое передаточное отношение, т.е. отношение числа зубьев солнечной шестерни 12 и числа зубьев планетарной шестерни 13, что положения подложкодержателей 7, в которых производятся измерения, повторяются после 18 полных оборотов платформы 10. Платформа 10 делает один полный оборот за 7 секунд.The rotation mechanism of the substrate holders 7 includes a drive 9, a platform 10, a shaft 11. The installation allows you to simultaneously apply a coating to three substrates with a diameter of up to 1 meter (Fig. 2). The rotation mechanism of the substrate holders 7 is planetary and has such a gear ratio, i.e. the ratio of the number of teeth of the sun gear 12 and the number of teeth of the planetary gear 13, that the positions of the substrate holders 7, in which measurements are made, are repeated after 18 full revolutions of the platform 10. The platform 10 makes one complete revolution in 7 seconds.

Установка позволяет в реальном времени в процессе напыления проводить измерение спектра пропускания покрытия подложки с помощью прямого оптического контроля. Результаты измерений представляются в виде двумерных графиков, в реальном времени производится уменьшение шумов путем усреднения и сглаживания, а также вычисление значения функции невязки. Прямой оптический контроль состоит из держателя 14, осветителя прямого оптического контроля 15, свет от которого по световоду прямого оптического контроля 16 подводится к коллиматору прямого оптического контроля 17, объектива 18, собирающего свет в оптоволокно 19 для передачи его в спектрометр прямого оптического контроля 20 (Avantes AvaSpec ULS2048CL-RS-EVO), системы синхронизации, обеспечивающей проведение измерений в момент нахождения подложки с осаждаемым на нее покрытием на пути светового луча прямого оптического контроля 21, компьютера 22 с программным обеспечением. Прямой оптический контроль измеряет спектры пропускания при нормальном падении излучения на подложку в 1140 спектральных точках в области длин волн от 450 нм до 1100 нм. Измерения осуществляются на расстоянии 7 см от центров подложек.The installation allows real-time during the deposition process to measure the transmission spectrum of the substrate coating using direct optical monitoring. The measurement results are presented in the form of two-dimensional graphs, in real time, noise is reduced by averaging and smoothing, as well as the calculation of the value of the residual function. Direct optical control consists of a holder 14, a direct optical control illuminator 15, light from which a direct optical control fiber 16 is fed to a direct optical control collimator 17, an objective 18 that collects light into optical fiber 19 to transmit it to a direct optical control spectrometer 20 (Avantes AvaSpec ULS2048CL-RS-EVO), a synchronization system that provides measurements at the moment when the substrate with the coating deposited on it is in the path of the direct optical control light beam 21, the computer 22 with the software security. Direct optical monitoring measures the transmission spectra with a normal incidence of radiation on a substrate at 1140 spectral points in the wavelength range from 450 nm to 1100 nm. Measurements are carried out at a distance of 7 cm from the centers of the substrates.

Система синхронизации состоит из датчика первого оборота, датчика счета оборотов, датчика угла поворота привода вращения 9 и платы 23 (PCIe-7852R с микросхемой FPGA Virtex-5 LX50) с процессором на архитектуре программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Датчик первого оборота необходим для того, чтобы иметь точку отсчета в исчислении оборотов платформы 10. Он срабатывает один раз за каждые 18 оборотов платформы 10 и позволяет избавиться от проведения калибровки положения подложкодержателей относительно положения платформы 10 перед каждым процессом напыления. Датчик счета оборотов срабатывает на каждом обороте платформы 10 и позволяет определять номер ее оборота, а также позволяет избежать накопления ошибок положения платформы 10 датчиком угла поворота. Датчик первого оборота и датчик счета оборотов представляют собой пару геркон/магнит, при этом геркон (24, 25) находится на опоре, закрепленной на стенке вакуумной камеры 1. В случае датчика первого оборота магнит 26 закреплен на валу 11 подложкодержателя 7 так, что замыкание пары геркон/магнит происходит один раз за время вращения подложкодержателя 7 до повторения им своей же траектории (в данном случае за 18 оборотов). В случае датчика счета оборотов магнит 27 закреплен на платформе 10, и срабатывание пары геркон/магнит происходит на каждом ее обороте.The synchronization system consists of a first-turn sensor, a count-of-turns sensor, a rotational angle sensor of rotational drive 9, and a board 23 (PCIe-7852R with an FPGA Virtex-5 LX50 chip) with a processor on a programmable logic integrated circuit (FPGA) architecture. The sensor of the first revolution is necessary in order to have a starting point in calculating the revolutions of the platform 10. It works once every 18 revolutions of the platform 10 and allows you to get rid of calibrating the position of substrate holders relative to the position of the platform 10 before each spraying process. The sensor account revolutions triggered on each revolution of the platform 10 and allows you to determine the number of its turnover, and also allows you to avoid the accumulation of position errors of the platform 10 by the angle sensor. The first-turn sensor and the count-by-turn sensor are a reed switch / magnet, while the reed switch (24, 25) is on a support fixed on the wall of the vacuum chamber 1. In the case of the first turn sensor, the magnet 26 is fixed on the shaft 11 of the substrate holder 7 so that the closure a pair of reed switches / magnet occurs once during the rotation of the substrate holder 7 before it repeats its own trajectory (in this case, 18 turns). In the case of the rev counter sensor, the magnet 27 is fixed on the platform 10, and the trigger of the reed / magnet pair occurs on each of its turns.

Установка оснащена механизмом вращения с планетарной передачей, таким образом, внутри вакуумной камеры 1 вращаются не только подложкодержатели 7 вокруг своей оси, но и сама платформа 10 с подложкодержателями 7 вращается вокруг своей оси. Для определения абсолютного положения платформы 10 в любой момент времени на привод механизма вращения 9, вращающего платформу 10, установлен датчик угла поворота. Однако инкрементальные датчики угла поворота могут иногда пропускать отсчеты, что может привести со временем к накоплению ошибки положения платформы 10 и проведению измерений в разных участках подложек. Избежать этого позволяет датчик счета оборотов, который запускает новый отсчет импульсов датчика угла поворота на каждом обороте платформы 10. Для того чтобы обеспечить наиболее быстрое и точное определение координат платформы 10 информация с датчика угла поворота, датчика первого оборота и датчика счета оборотов поступает на отдельную плату 23 с процессором на архитектуре ПЛИС.The installation is equipped with a rotation mechanism with a planetary gear, thus, inside the vacuum chamber 1, not only substrate holders 7 rotate around its axis, but also the platform 10 with substrate holders 7 rotates around its axis. To determine the absolute position of the platform 10 at any time, a rotation angle sensor is installed on the drive of the rotation mechanism 9, which rotates the platform 10. However, incremental rotation angle sensors can sometimes skip samples, which can lead over time to the accumulation of an error in the position of the platform 10 and to measurements in different areas of the substrates. This is avoided by the revolutions counting sensor, which launches the new pulse count of the rotation angle sensor on each revolution of the platform 10. In order to ensure the most rapid and accurate determination of the coordinates of the platform 10, information from the angle sensor, the first rotation sensor and the revolutions count sensor comes to a separate charge 23 with a processor on the FPGA architecture.

Перед началом процесса напыления производится автоматическая калибровка регионов считывания спектров. Сначала измеряется зависимость интенсивности излучения осветителя прямого оптического контроля 15 от координаты абсолютного положения платформы 10 механизма вращения. Используя данную зависимость, с помощью программного обеспечения компьютера 22 для каждого из подложкодержателей 7 автоматически определяются три региона измерений. Первый регион задается для измерения спектра осветителя и соответствует координатам платформы 10, при которых излучение от осветителя прямого оптического контроля 15 беспрепятственно попадает в коллиматор прямого оптического контроля 17. Второй регион соответствует координатам платформы 10, при которых излучение от осветителя прямого оптического контроля 15 перед попаданием в коллиматор прямого оптического контроля 17 проходит через подложку 8 (спектр осветителя сквозь подложку с покрытием в процессе напыления, спектр осветителя сквозь подложку без покрытия до напыления). Третий регион задается для измерения спектра темнового фона. Его координатам соответствует участок, на котором излучение от осветителя прямого оптического контроля 15 попадает на непрозрачный экран, в качестве которого выступает металлический элемент подложкодержателя 7. Спектр пропускания подложки с покрытием в процессе напыления вычисляется по следующей формуле (1):Before the spraying process is started, the regions of the spectra are automatically calibrated. First, the dependence of the radiation intensity of the direct optical control illuminator 15 on the absolute position of the platform 10 of the rotation mechanism is measured. Using this dependence, three measurement regions are automatically determined for each of the substrate holders 7 using the computer software 22. The first region is set to measure the spectrum of the illuminator and corresponds to the coordinates of the platform 10, at which the radiation from the illuminator of direct optical control 15 freely gets into the collimator of direct optical control 17. The second region corresponds to the coordinates of the platform 10, at which radiation from the illuminator of direct optical control 15 before entering Direct Optical Control Collimator 17 passes through the substrate 8 (the spectrum of the illuminator through the coated substrate during the spraying process, the spectrum of the illuminator through Odlozhku without coating to spray). The third region is set to measure the dark spectrum. Its coordinates correspond to the area in which the radiation from the direct optical control illuminator 15 falls on an opaque screen, which is the metal element of the substrate holder 7. The transmittance spectrum of the coated substrate during the deposition process is calculated by the following formula (1):

Figure 00000001
Figure 00000001

Существует возможность проводить прямой оптический контроль по спектру пропускания покрытия подложки, то есть по спектру пропускания подложки с покрытием в процессе напыления, вычисленному относительно спектра пропускания подложки без покрытия до напыления. Для этого перед началом процесса напыления необходимо записать спектр пропускания подложки без покрытия до напыления, вычисляемый по формуле (2):It is possible to carry out direct optical monitoring of the transmittance spectrum of the substrate coating, that is, the transmittance spectrum of the coated substrate during the deposition process calculated from the transmittance spectrum of the substrate without coating prior to deposition. To do this, before starting the sputtering process, it is necessary to record the transmittance spectrum of the substrate without coating before spraying, calculated by the formula (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

И в этом случае спектр пропускания покрытия подложки вычисляется по формуле (3):And in this case, the transmission spectrum of the coating of the substrate is calculated by the formula (3):

Figure 00000003
Figure 00000003

После определения регионов считывания информация об их координатах передается на плату 23 с процессором на архитектуре ПЛИС. Данная плата 23 позволяет точно рассчитать абсолютное положение платформы 10 механизма вращения в любой момент времени. Также она позволяет с высокой точностью и повторяемостью генерировать спектрометру прямого оптического контроля 20 сигналы на проведение измерений строго с начальных координат регионов считывания. Компьютер 22 не в состоянии с высокой точностью и повторяемостью генерировать сигналы для спектрометра прямого оптического контроля 20 в связи с переменными нагрузками операционной системы. В результате компьютер 22 может выдавать сигналы спектрометру прямого оптического контроля 20 с задержкой, что приведет к измерению спектра за рамками координат регионов считывания. Компьютер 22 выполняет функцию сбора полученных спектрометром прямого оптического контроля 20 данных, а также их дальнейшую обработку. Привязка моментов проведения измерений спектрометром прямого оптического контроля 20 к координатам платформы 10 позволяет не проводить калибровку регионов считывания каждый раз, когда изменяется скорость вращения подложкодержателей 7.After determining the regions of reading information about their coordinates is transmitted to the board 23 with a processor on the FPGA architecture. This board 23 allows you to accurately calculate the absolute position of the platform 10 of the rotation mechanism at any time. It also allows, with high accuracy and repeatability, to generate a direct optical control spectrometer 20 for measuring signals strictly from the initial coordinates of readout regions. The computer 22 is unable to generate signals for the direct optical control spectrometer 20 with high accuracy and repeatability due to variable loads of the operating system. As a result, computer 22 may emit signals from a direct optical monitoring spectrometer 20 with a delay, which will lead to spectrum measurement beyond the coordinates of the readout regions. The computer 22 performs the function of collecting the direct optical monitoring data obtained by the spectrometer 20, as well as their further processing. Binding of the moments of the measurements by the spectrometer of direct optical control 20 to the coordinates of the platform 10 makes it possible not to calibrate the readout regions each time the speed of rotation of the substrate holders 7 changes.

Измерения проводятся последовательно на всех трех вращающихся подложках при пересечении ими светового луча прямого оптического контроля 21. Однако на каждом обороте платформы 10 светового луча прямого оптического контроля 21 оставляет новый след на подложке 8. В результате на каждой из подложек имеется 18 различных траекторий измерений. На фиг. 3 изображены траектории измерений, производимых с помощью прямого оптического контроля на подложке за 18 оборотов платформы 10. Начало траектории определяется координатами начала региона считывания, а длина зависит от количества измеряемых спектров и времени накопления каждого спектра. Как правило, количество измеряемых спектров осветителя в одной серии измерений равно 40. В интервале времени, требуемом для сбора этой серии спектров, световой пучок прямого оптического контроля рисует почти линейный след на вращающейся подложке. Длина этой траектории меньше 1 сантиметра.The measurements are carried out sequentially on all three rotating substrates when they cross the direct optical inspection light beam 21. However, on each revolution of the platform 10, the direct optical inspection light beam 21 leaves a new mark on the substrate 8. As a result, there are 18 different measurement paths on each substrate. FIG. 3 shows the trajectories of measurements made using direct optical monitoring on the substrate for 18 turns of the platform 10. The beginning of the trajectory is determined by the coordinates of the beginning of the readout region, and the length depends on the number of measured spectra and the accumulation time of each spectrum. As a rule, the number of measured spectra of the illuminator in one measurement series is 40. In the time interval required for collecting this series of spectra, the light beam of the direct optical control draws an almost linear mark on the rotating substrate. The length of this path is less than 1 centimeter.

Подложки могут иметь размеры до (80×60) см, а их вес может составлять до 100 кг. По этим причинам конструкция подложкодержателей 7 и их креплений к механизму вращения должна быть достаточно надежной. Вследствие этого подложкодержатель 7 крепится к валу 11 таким образом, что иногда во время снятия спектров пропускания покрытия подложки световой луч прямого оптического контроля 21 перекрывается элементами крепления. Необходимо отсеивать такие поврежденные данные. Поэтому с помощью программного обеспечения установки в каждой серии измеренных спектров осветителя прямого оптического контроля 15 определяется спектр с максимальной интенсивностью сигнала. Затем спектры с интенсивностью сигнала менее 99,8% от максимального значения отбрасываются, а спектры с интенсивностью более 99,8% от максимального значения подвергаются дальнейшей обработке. Таким образом, отсеиваются спектры даже с частичным перекрытием.Substrates can measure up to (80 × 60) cm, and their weight can be up to 100 kg. For these reasons, the design of the substrate holders 7 and their attachments to the rotation mechanism must be sufficiently reliable. As a consequence, the substrate holder 7 is attached to the shaft 11 in such a way that sometimes during the removal of the transmission spectra of the coating of the substrate, the light beam of the direct optical control 21 is blocked by fasteners. It is necessary to screen out such corrupted data. Therefore, using the installation software in each series of measured spectra of the direct optical control illuminator 15, the spectrum with the maximum signal intensity is determined. Then, spectra with a signal intensity of less than 99.8% of the maximum value are discarded, and spectra with an intensity of more than 99.8% of the maximum value are subjected to further processing. Thus, the spectra are eliminated even with partial overlap.

Количество измеренных спектров осветителя прямого оптического контроля 15 в серии задается оператором. Для уменьшения уровня спектральных шумов с помощью программного обеспечения производится усреднение каждой серии измеренных спектров осветителя прямого оптического контроля 15. Только после усреднения спектров осветителя прямого оптического контроля 15 производится вычисление спектров пропускания по формулам (1)-(3). Далее, так как соседние пиксели спектров пропускания не могут сильно отличаться значениями, то для каждого пикселя спектра пропускания рассчитывается среднее значение коэффициента пропускания на основании значений соседних с ним пикселей. Данная операция также позволяет снизить случайные шумы. Количество соседних пикселей, по значениям которых производится усреднение, задается оператором. Кроме того, производится сглаживание спектральных шумов путем аппроксимации спектральной кривой методом сплайна с настраиваемыми параметрами.The number of measured spectra of the direct optical control illuminator 15 in a series is set by the operator. To reduce the level of spectral noise using software, each series of measured spectra of the direct optical control illuminator 15 is averaged. Only after averaging the spectra of the direct optical control illuminator 15, the transmission spectra are calculated using formulas (1) - (3). Further, since the neighboring pixels of the transmission spectra cannot differ greatly in values, then for each pixel of the transmission spectrum, the average value of the transmission coefficient is calculated based on the values of the neighboring pixels. This operation also reduces random noise. The number of adjacent pixels, the values of which are averaged, is set by the operator. In addition, the spectral noise is smoothed by approximating the spectral curve by the spline method with adjustable parameters.

Также установка оснащена косвенным оптическим контролем. Он состоит из следующих элементов: осветителя косвенного оптического контроля 28, излучение от которого по световоду косвенного оптического контроля 29 подводится к коллиматору косвенного оптического контроля 30, оптической головки 31 (Multi Changer MPC-Q4/G12 Onlink Technologies GmbH), спектрометра косвенного оптического контроля 32 (Avantes AvaSpec ULS2048L-USB2), программируемого логического контроллера (ПЛК) 33. Световой луч косвенного оптического контроля обозначен позицией 34. Оптическая головка 31 содержит образец-свидетель, рассчитанный на 12 позиций. Управление оптической головкой 31 осуществляется с помощью программного обеспечения установки через ПЛК 33. Перед началом процесса определяется стратегия напыления слоев покрытия по позициям образца-свидетеля, т.е. устанавливается взаимное соответствие позиции образца-свидетеля и номера слоя покрытия. Для увеличения точности контроля и уменьшения эффекта накопления ошибок в течение процесса напыления используется несколько позиций образца-свидетеля. На одну позицию образца-свидетеля напыляются либо слои с высоким показателем преломления, либо слои с низким показателем преломления. При напылении материала с показателем преломления близким к показателю преломления образца-свидетеля, предварительно на образец-свидетель наносится слой известной толщины материала с высоким показателем преломления так, чтобы в спектре пропускания покрытия образца-свидетеля с предварительно нанесенным слоем появился хотя бы один локальный экстремум или хотя бы одна точка перегиба.Also installation is equipped with indirect optical control. It consists of the following elements: indirect optical control illuminator 28, radiation from which indirect optical control 29 is guided to the collimator of indirect optical control 30, optical head 31 (Multi Changer MPC-Q4 / G12 Onlink Technologies GmbH), indirect optical control spectrometer 32 (Avantes AvaSpec ULS2048L-USB2), programmable logic controller (PLC) 33. The light beam of the indirect optical control is indicated by 34. The optical head 31 contains a sample witness calculated for 12 positions. The optical head 31 is controlled using the installation software through the PLC 33. Before starting the process, the strategy of spraying coating layers is determined by the positions of the witness sample, i.e. the mutual correspondence between the position of the sample witness and the number of the coating layer is established. To increase the accuracy of control and reduce the effect of accumulation of errors during the deposition process, several positions of the witness sample are used. At one position of the witness sample, either layers with a high refractive index or layers with a low refractive index are sprayed. When spraying a material with a refractive index close to that of a witness sample, a layer of a known thickness of a material with a high refractive index is applied to the witness sample so that at least one local extremum appears in the transmittance spectrum of the coating of the witness sample or at least would be one inflection point.

Косвенный оптический контроль работает параллельно с прямым оптическим контролем. Измерение спектра пропускания происходит по 754 спектральным точкам в области длин волн от 470 нм до 900 нм. Косвенный оптический контроль осуществляется по спектру пропускания покрытия образца-свидетеля, вычисляемому по формуле (4):Indirect optical monitoring works in parallel with direct optical monitoring. The transmission spectrum is measured at 754 spectral points in the wavelength range from 470 nm to 900 nm. Indirect optical monitoring is carried out on the transmission spectrum of the coating of the sample witness, calculated by the formula (4):

Figure 00000004
Figure 00000004

Измерение спектра темнового фона осуществляется один раз перед началом процесса нанесения покрытия при выключенном осветителе косвенного оптического контроля 28. Измерение спектра осветителя косвенного оптического контроля 28 сквозь образец-свидетель без покрытия осуществляется после каждого напыленного слоя, что позволяет компенсировать флуктуации интенсивности светового потока от лампы осветителя косвенного оптического контроля 28. Для этого образец-свидетель устанавливается в специально отведенную позицию, на которую покрытие не наносится для уточнения спектра осветителя косвенного оптического контроля 28 сквозь образец-свидетель без покрытия.The spectrum of the dark background is measured once before the start of the coating process with the indirect optical control illuminator 28 turned off. The spectrum of the illuminator of the indirect optical control 28 through the sample witness without coating is measured after each sprayed layer, which allows to compensate fluctuations in the intensity of the light flux from the indirect illuminator lamp Optical control 28. For this purpose, the sample witness is placed in a specially designated position, to which the coating It is applied to clarify the spectrum of the indirect optical control illuminator 28 through the sample witness without coating.

Количество измеряемых спектров осветителя косвенного оптического контроля 28 сквозь образец-свидетель задается оператором. Для уменьшения уровня спектральных шумов аналогично прямому оптическому контролю производится усреднение спектров пропускания, усреднение по соседним пикселям и сглаживание.The number of measured spectra of the indirect optical control illuminator 28 through the sample witness is set by the operator. To reduce the level of spectral noise, a transmission spectrum is averaged, averaged over neighboring pixels and smoothing, similarly to direct optical monitoring.

Контроль скорости напыления осуществляется с помощью кварцевых датчиков 35. Каждый кварцевый датчик имеет два кварцевых резонатора, каждый из которых предназначен для контроля скорости строго определенного распыляемого материала. Один датчик расположен в центре вакуумной камеры 1, а другой - ближе к стенке. Информация о скорости напыления отображается на контроллере Inficon IC6.The deposition rate is controlled by using quartz sensors 35. Each quartz sensor has two quartz resonators, each of which is designed to control the speed of a strictly defined sputtered material. One sensor is located in the center of the vacuum chamber 1, and the other is closer to the wall. Spray rate information is displayed on the Inficon IC6 controller.

Для осуществления контроля процесса напыления с помощью косвенного оптического контроля необходимо знать для каждого распыляемого материала калибровочный коэффициент, учитывающий разницу скоростей напыления материала на образец-свидетель и на подложку. Обычно калибровочные коэффициенты для расчета толщины слоев на образце-свидетеле косвенного контроля определяются до начала процесса напыления. Однако, как показывает практика, определенное заранее значение калибровочного коэффициента может отличаться от реального из-за случайных отклонений параметров процесса, изменения показателей преломления распыляемых материалов вследствие наличия примесей, морфологических изменений в процессе осаждения распыляемых материалов, а также из-за изменения температуры подложки в процессе ее вращения в вакуумной камере. Поэтому в процессе напыления для каждого распыляемого материала на каждом слое с помощью программного обеспечения автоматически определяется значение калибровочного коэффициента путем деления толщины покрытия на оптической подложке на соответствующую ей толщину покрытия на образце свидетеле. Толщина покрытия на подложке и на образце-свидетеле определяется с помощью программного обеспечения исходя из спектров пропускания покрытия подложки и спектров пропускания покрытия образца-свидетеля соответственно. Таким образом, для того, чтобы определить толщину покрытия на образце-свидетеле, при которой на подложку нанесется слой заданной толщины, необходимо разделить эту заданную толщину слоя покрытия подложки на калибровочный коэффициент для данного распыляемого материала. В качестве значений калибровочных коэффициентов для каждого распыляемого материала, используемых для вычисления толщин слоев покрытия образца-свидетеля, как правило используется среднее значение калибровочных коэффициентов нескольких последних слоев соответствующего материала, контроль напыления которых происходил с помощью прямого оптического контроля.To control the deposition process using indirect optical inspection, it is necessary to know for each material being sprayed a calibration factor that takes into account the difference in the deposition rate of the material on the sample witness and on the substrate. Usually, calibration coefficients for calculating the thickness of a sample on a witness of indirect control are determined before the start of the spraying process. However, as practice shows, the predetermined value of the calibration coefficient may differ from the actual value due to random deviations of the process parameters, changes in the refractive indices of the sputtered materials due to the presence of impurities, morphological changes in the deposition process of the sputtered materials, and also its rotation in the vacuum chamber. Therefore, in the process of spraying, for each sprayed material on each layer, the calibration coefficient value is automatically determined by dividing the thickness of the coating on the optical substrate by the corresponding thickness of the coating on the sample of the witness. The thickness of the coating on the substrate and on the sample-witness is determined using software based on the transmission spectra of the substrate coating and the transmission spectra of the sample-witness coating, respectively. Thus, in order to determine the thickness of the coating on the witness sample, at which a layer of a given thickness is applied to the substrate, it is necessary to divide this predetermined thickness of the coating layer of the substrate by the calibration factor for this sprayed material. As the values of the calibration coefficients for each sprayed material used to calculate the thickness of the coating layers of the witness sample, the average value of the calibration coefficients of the last few layers of the corresponding material, the deposition control of which occurred using direct optical control, is usually used.

Данный способ реализуется следующим образом. Подложки закрепляются в подложкодержателях 7 и помещаются в вакуумную камеру 1, которая герметизируется и откачивается сначала форвакуумными насосами до давления 5×10-2 мБар, а затем до 5×10-6 мБар криогенными насосами. В программное обеспечение установки загружается конструкция многослойного покрытия для прямого и косвенного оптических контролей, расчетные спектральные характеристики каждого слоя в отдельности и покрытия в целом отображаются на экране компьютера 22. Задается стратегия напыления слоев покрытия по позициям образца-свидетеля косвенного оптического контроля и устанавливается позиция образца-свидетеля, соответствующая напылению 1-го слоя покрытия. Включается осветитель прямого оптического контроля 15 и осветитель косвенного оптического контроля 28. После включения механизма вращения производится автоматическая калибровка регионов считывания спектров. Далее проводится ионная очистка подложек с помощью ионного источника 5. Затем после разогрева электронно-лучевого испарителя 3 с материалом 1-го слоя открывается заслонка 4 и материал покрытия осаждается на поверхности подложек 8. Контроль скорости напыления осуществляется с помощью кварцевых датчиков 35. На каждом обороте подложки 8 вокруг оси вакуумной камеры 1 посредством прямого оптического контроля автоматически измеряется спектр пропускания покрытия подложки. За один оборот последовательно выполняются измерения на всех трех вращающихся подложках. Одновременно с прямым оптическим контролем осуществляется косвенный оптический контроль по образцу-свидетелю с покрытием. В процессе напыления слоя покрытия автоматически рассчитывается значение функции невязки прямого оптического контроля для напыляемого слоя. Когда функция невязки прямого оптического контроля достигает минимума, то есть измеряемая спектральная кривая на экране компьютера 22 совпадает с расчетной, оператор останавливает напыление текущего слоя, закрывая заслонку 4 соответствующего электронно-лучевого испарителя 3. С помощью программного обеспечения установки автоматически определяется калибровочный коэффициент для данного слоя. Затем образец-свидетель косвенного оптического контроля переводится в позицию, на которую покрытие не наносится для уточнения спектра осветителя косвенного оптического контроля 28 сквозь образец-свидетель без покрытия. После этого образец-свидетель переводится в позицию для напыления 2-го слоя покрытия. Затем после разогрева электронно-лучевого испарителя 3 с материалом 2-го слоя открывается заслонка 4 и материал покрытия осаждается на поверхности подложек 8. Далее последовательность действий повторяется для каждого слоя вплоть до того слоя включительно, на котором значение минимума функции невязки прямого оптического контроля становится более 1%. После этого слоя контроль напыления осуществляется с помощью косвенного оптического контроля, то есть остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки косвенного оптического контроля. Толщины слоев покрытия для образца-свидетеля вычисляются автоматически путем деления расчетной толщины покрытия на подложке на калибровочный коэффициент распыляемого материала. В качестве значений калибровочных коэффициентов для каждого распыляемого материала, используемых для вычисления толщин слоев покрытия образца-свидетеля, как правило используется среднее значение калибровочных коэффициентов нескольких последних слоев соответствующего материала, контроль напыления которых происходил с помощью прямого оптического контроля.This method is implemented as follows. The substrates are fixed in the substrate holders 7 and placed in a vacuum chamber 1, which is sealed and pumped out first with fore-vacuum pumps to a pressure of 5 × 10 -2 mbar, and then to 5 × 10 -6 mbar with cryogenic pumps. The installation software loads the design of a multilayer coating for direct and indirect optical controls, the calculated spectral characteristics of each layer separately and the coating as a whole are displayed on the computer screen 22. The strategy of spraying coating layers over the positions of the sample witness of indirect optical control is set and the sample position is set witness, corresponding to the deposition of the 1st coating layer. The direct optical control illuminator 15 and the indirect optical control illuminator 28 turn on. After turning on the rotation mechanism, the regions of the spectra are automatically calibrated. Next, the ionic cleaning of the substrates is performed using an ion source 5. Then, after warming up the electron-beam evaporator 3 with the material of the 1st layer, a damper 4 opens and the coating material is deposited on the surface of the substrates 8. The deposition rate is controlled by using quartz sensors 35. At each turn the substrate 8 around the axis of the vacuum chamber 1 by means of direct optical monitoring automatically measures the transmittance spectrum of the substrate coating. During one revolution, measurements are performed on all three rotating substrates. At the same time with direct optical control, indirect optical control is carried out according to the coated witness sample. In the process of spraying a coating layer, the value of the function of the residual of the direct optical control for the sprayed layer is automatically calculated. When the function of the residual of the direct optical control reaches a minimum, that is, the measured spectral curve on the computer screen 22 coincides with the calculated one, the operator stops spraying the current layer by closing the flap 4 of the corresponding electron-beam evaporator 3. The calibration coefficient for this layer is automatically determined by the installation software . Then, the sample-witness of the indirect optical control is transferred to the position on which the coating is not applied to refine the spectrum of the illuminator of the indirect optical control 28 through the sample-witness without coating. After that, the sample witness is transferred to the position for spraying the 2nd layer of coating. Then, after warming up the electron-beam evaporator 3 with the material of the 2nd layer, the valve 4 opens and the coating material is deposited on the surface of the substrates 8. Next, the sequence of actions is repeated for each layer up to and including that layer, where the minimum value of the direct optical control residual function becomes more one%. After this layer, the sputtering control is carried out using indirect optical control, that is, the sputtering of each layer is stopped and the next layer is sputtered when the indirect optical control residual function minimum is reached. The thickness of the coating layers for the witness sample is calculated automatically by dividing the calculated thickness of the coating on the substrate by the calibration coefficient of the sprayed material. As the values of the calibration coefficients for each sprayed material used to calculate the thickness of the coating layers of the witness sample, the average value of the calibration coefficients of the last few layers of the corresponding material, the deposition control of which occurred using direct optical control, is usually used.

Установка позволяет использовать различные материалы для распыления. Выбор материалов зависит от типа напыляемых покрытий. Ниже представлены результаты напыления поляризационного покрытия с высокой лучевой прочностью с использованием пары материалов ZrO2/SiO2. Эта пара является весьма перспективной для таких приложений, но основная часть публикаций в этой области связана с использованием пары материалов HfO2/SiO2. Вероятно, это связано с более низкой стабильностью показателей преломления слоев ZrO2 по сравнению со слоями HfO2. Но в то же время очевидны преимущества использования ZrO2 в качестве материала с высоким показателем преломления. Прежде всего, пара материалов ZrO2/SiO2 имеет большую разницу показателей преломления, таким образом, позволяя использовать конструкции покрытий с меньшим числом слоев. Также ZrO2 имеет гораздо меньшую стоимость по сравнению с HfO2.The installation allows the use of various materials for spraying. The choice of materials depends on the type of sprayed coatings. Below are the results of the deposition of a polarization coating with high radiation durability using a pair of ZrO 2 / SiO 2 materials. This pair is very promising for such applications, but the main part of publications in this area is associated with the use of a pair of HfO 2 / SiO 2 materials. This is probably due to the lower stability of the refractive indices of the ZrO 2 layers compared to the HfO 2 layers. But at the same time, the advantages of using ZrO 2 as a material with a high refractive index are obvious. First of all, a pair of ZrO 2 / SiO 2 materials has a large difference in the refractive indices, thus allowing the use of coating designs with a smaller number of layers. ZrO 2 also has a much lower cost compared to HfO 2 .

Для успешного применения прямого оптического контроля в режиме планетарного вращения крупногабаритных подложек необходима высокая равномерность покрытия по толщине. Если рассматривать поляризаторы, то с практической точки зрения наиболее важным является устойчивое положение рабочей длины волны поляризатора. По этой причине неравномерность определялась как относительное смещение спектральной кривой пропускания вдоль оси длины волны. При таком подходе 1% относительного спектрального сдвига эквивалентен неравномерности толщины 1%.For the successful application of direct optical control in the planetary rotation mode of large-sized substrates, high uniformity of coating thickness is necessary. If we consider the polarizers, then from a practical point of view, the most important is the stable position of the working wavelength of the polarizer. For this reason, non-uniformity was defined as the relative shift of the spectral transmittance curve along the wavelength axis. With this approach, a 1% relative spectral shift is equivalent to a non-uniformity of thickness of 1%.

Неравномерность проверялась путем напыления поляризатора, работающего под углом Брюстера, на три стеклянные подложки с размерами (80×60) см. Толщины этих подложек составляли 4 мм. После напыления три цепочки образцов размером 4 см на 4 см вырезались вдоль диагоналей стеклянных подложек. Затем в нескольких точках каждого из вырезанных образцов с помощью спектрофотометра Cary 7000 измерялся спектр пропускания покрытия подложки, а неравномерность определялась исходя из относительных спектральных сдвигов кривых пропускания, как было описано выше. Полученные результаты представлены для каждого из подложкодержателей на фиг. 4 (кривые 1, 2, 3). Диагонали стеклянных подложек имеют длину 100 см, а расстояние 50 см соответствует центрам стеклянных подложек. Все относительные спектральные сдвиги, т.е. неравномерность образца, измеряются относительно образца, расположенного в центре подложки 1.The irregularity was checked by spraying the polarizer working at the Brewster angle on three glass substrates with dimensions (80 × 60) cm. The thickness of these substrates was 4 mm. After deposition, three chains of 4 cm by 4 cm samples were cut along the diagonals of the glass substrates. Then, at several points of each cut out sample, the transmittance spectrum of the substrate was measured using a Cary 7000 spectrophotometer, and the irregularity was determined based on the relative spectral shifts of the transmittance curves, as described above. The results are presented for each of the substrate holders in FIG. 4 (curves 1, 2, 3). The diagonal glass substrates have a length of 100 cm, and a distance of 50 cm corresponds to the centers of the glass substrates. All relative spectral shifts, i.e. non-uniformity of the sample, measured relative to the sample located in the center of the substrate 1.

Как видно из фиг. 4, неравномерность по всем трем подложкам не превышает 1%. В центральных областях подложки с диаметром около 60 см она составляет менее 0,2%. Стоит также отметить, что прямой оптический контроль совершается по участкам подложки на расстоянии 7 см от ее центра (фиг. 4), где неравномерность составляет всего лишь 0,1%. Очевидно, что это важный фактор надежности описанного устройства прямого оптического контроля.As can be seen from FIG. 4, the non-uniformity over all three substrates does not exceed 1%. In the central regions of the substrate with a diameter of about 60 cm, it is less than 0.2%. It is also worth noting that direct optical control is performed over the areas of the substrate at a distance of 7 cm from its center (Fig. 4), where the irregularity is only 0.1%. Obviously, this is an important factor in the reliability of the described direct optical control device.

В случае напыления крупногабаритных поляризаторов, работающих под углом Брюстера, комбинированная система оптического контроля, включающая в себя как прямой, так и косвенный оптический контроль, оказывается наиболее надежной. В принципе, желательно использовать прямой контроль для напыления всех слоев поляризатора. Однако было обнаружено, что для последних слоев поляризатора целесообразно переключиться на косвенный оптический контроль. Основная причина заключается в растущем расхождении между измеренными спектрами пропускания и расчетными спектрами пропускания, используемыми для прогнозирования моментов завершения напыления слоя. Это расхождение быстро растет после напыления 15-20 слоев, что связано с нестабильностью показателя преломления ZrO2. Из-за растущего несоответствия между измеряемыми и расчетными спектрами пропускания предсказание момента прекращения напыления слоя с помощью прямого оптического контроля становится менее надежным, и целесообразно выполнять контроль нескольких последних слоев поляризатора с помощью косвенного оптического контроля.In the case of deposition of large-sized polarizers operating at the Brewster angle, the combined optical control system, which includes both direct and indirect optical control, turns out to be the most reliable. In principle, it is desirable to use direct control for spraying all layers of the polarizer. However, it was found that for the last layers of the polarizer, it is advisable to switch to indirect optical control. The main reason is the growing discrepancy between the measured transmission spectra and the calculated transmission spectra used to predict the end of the deposition of the layer. This discrepancy rapidly increases after deposition of 15–20 layers, which is associated with instability of the refractive index of ZrO 2 . Due to the growing discrepancy between the measured and calculated transmittance spectra, the prediction of the moment when the layer is stopped by direct optical monitoring becomes less reliable, and it is advisable to monitor the last few layers of the polarizer using indirect optical monitoring.

На фиг. 5 представлены зависимости коэффициентов отражения для s- (кривая 1) и р-поляризованного (кривая 2) излучения от длины волны для 28-слойного поляризатора, работающего под углом Брюстера, нанесенного с использованием комбинированной системы оптического контроля. Первые 20 слоев были нанесены с помощью прямого оптического контроля, а последние 8 слоев - с помощью косвенного оптического контроля с использованием двух позиций образца-свидетеля. Первая позиция использовалась для напыления слоев 21, 23, 25, 27, а вторая позиция использовалась для напыления слоев 22, 24, 26, 28.FIG. 5 shows the dependences of the reflection coefficients for s- (curve 1) and p-polarized (curve 2) radiation on the wavelength for a 28-layer polarizer operating at the Brewster angle, applied using a combined optical control system. The first 20 layers were applied using direct optical inspection, and the last 8 layers using indirect optical inspection using two positions of the witness sample. The first position was used for spraying layers 21, 23, 25, 27, and the second position was used for spraying layers 22, 24, 26, 28.

Таким образом, в результате процесса напыления описанным выше способом одновременно на три стеклянные подложки с габаритами (80×60) см каждая было нанесено 28-слойное поляризационное покрытие ZrO2/SiO2, обеспечивающее коэффициент отражения поверхности не менее 99,5% для s-поляризованного и не более 1,5% для р-поляризованного излучения на длине волны λ=1,054 мкм. Неоднородность покрытия по всей площади поверхности между тремя подложками составила не более 1%. Полученные крупногабаритные поляризаторы отвечают требованиям технического задания.Thus, as a result of the deposition process as described above, simultaneously on three glass substrates with dimensions (80 × 60) cm each, a 28-layer ZrO 2 / SiO 2 polarizing coating was applied, providing a surface reflectance of at least 99.5% for s- polarized and not more than 1.5% for p-polarized radiation at a wavelength of λ = 1.054 μm. The heterogeneity of the coating over the entire surface area between the three substrates was no more than 1%. Received large polarizers meet the requirements of the technical specifications.

Claims (2)

1. Способ нанесения многослойного покрытия на оптические подложки, включающий напыление, осуществляемое путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки, отличающийся тем, что нанесение многослойного покрытия на оптические подложки происходит при вращении подложек механизмом с планетарной передачей, а контроль процесса напыления происходит с помощью комбинированной системы широкополосного оптического контроля, включающей в себя как прямой оптический контроль, выполняющий измерения спектра пропускания покрытия подложки в процессе напыления на каждом обороте подложки вокруг оси вакуумной камеры, причем за один оборот последовательно выполняются измерения на всех вращающихся подложках, так и косвенный оптический контроль, выполняющий измерения спектра пропускания покрытия образца-свидетеля, работающий параллельно с прямым оптическим контролем все время напыления и осуществляющийся по образцу-свидетелю, рассчитанному на несколько позиций, при этом для прямого оптического контроля и для косвенного оптического контроля автоматически рассчитывается значение функции невязки напыляемого слоя, являющееся мерой несовпадения измеряемой кривой спектра пропускания покрытия и расчетной кривой спектра пропускания покрытия и вычисляемое путем деления суммы модулей разностей между измеренным значением пропускания и расчетным его значением в каждой спектральной точке на количество спектральных точек, контроль процесса напыления производится сначала с помощью прямого оптического контроля, при этом остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки прямого оптического контроля, а после слоя, на котором значение минимума функции невязки прямого оптического контроля становится более 1%, контроль напыления осуществляется с помощью косвенного оптического контроля, при этом остановка напыления каждого слоя и переход к напылению следующего слоя осуществляется при достижении минимума функции невязки косвенного оптического контроля, при контроле процесса напыления с помощью прямого оптического контроля для каждого распыляемого материала на каждом слое автоматически определяется значение калибровочного коэффициента между прямым и косвенным оптическими контролями путем деления толщины слоя покрытия оптической подложки на толщину соответствующего слоя покрытия образца-свидетеля, причем толщина покрытия оптической подложки и образца-свидетеля определяется автоматически с помощью программного обеспечения исходя из измеряемых спектров пропускания покрытия подложки и спектров пропускания покрытия образца-свидетеля соответственно, а после перехода на режим контроля процесса напыления с помощью косвенного оптического контроля расчетная толщина каждого слоя покрытия образца-свидетеля вычисляется автоматически путем деления расчетной толщины соответствующего слоя покрытия оптической подложки на калибровочный коэффициент распыляемого материала, при этом в качестве значений калибровочных коэффициентов для каждого распыляемого материала, используемых для вычисления расчетных толщин слоев покрытия для образца-свидетеля, используется среднее значение калибровочных коэффициентов нескольких последних слоев соответствующего материала, контроль напыления которых происходил с помощью прямого оптического контроля.1. The method of applying a multilayer coating on optical substrates, including sputtering, carried out by electron beam evaporation of the coating material in a vacuum and vapor deposition on the surface of the substrate, characterized in that the deposition of a multilayer coating on the optical substrate occurs when the substrate rotates with a mechanism with a planetary transmission, spraying process control occurs with the help of a combined broadband optical control system, which includes both direct optical control, performing and measuring the transmission spectrum of the substrate coating during spraying on each revolution of the substrate around the axis of the vacuum chamber, and for one revolution, measurements are performed on all rotating substrates, as well as indirect optical monitoring, which measures the transmission spectrum of the sample witness, and works in parallel with direct optical monitoring all spraying time and carried out according to a witness sample calculated for several positions, while for direct optical control and for indirect optics The control function automatically calculates the value of the residual function of the sprayed layer, which is a measure of the discrepancy between the measured transmission spectrum of the coating and the calculated transmission spectrum of the coating and calculated by dividing the sum of absolute values of the difference between the measured transmission value and the calculated value at each spectral point by the number of spectral points, process control spraying is done first with the help of direct optical control, while stopping the spraying of each layer and moving to spraying of the next layer is carried out when the minimum of the discrepancy function of the direct optical control is reached, and after the layer at which the minimum value of the discrepancy function of the direct optical control becomes more than 1%, the sputtering is controlled by indirect optical control, while the spraying of each layer is stopped and the transition to spraying the next layer is carried out when the minimum of the function of the residual of the indirect optical control is reached, while controlling the spraying process using direct optical control For each material sprayed on each layer, the calibration factor value is automatically determined between direct and indirect optical controls by dividing the thickness of the coating layer of the optical substrate by the thickness of the corresponding coating layer of the witness sample, and the coating thickness of the optical substrate and the witness sample is determined automatically using software of the measured transmission spectra of the substrate coating and the transmission spectra of the coating of the sample witness, respectively, and after switching to the sputtering control mode using indirect optical control, the calculated thickness of each coating layer of the witness sample is calculated automatically by dividing the calculated thickness of the corresponding coating layer of the optical substrate by the calibration coefficient of the sprayed material, while as calibration coefficient values for each sprayed material, used to calculate the calculated thickness of the coating layers for the witness sample, the average value is used coefficients of the last few layers of the corresponding material, the deposition control of which occurred using direct optical control. 2. Установка для нанесения многослойного покрытия на оптические подложки содержащая вакуумную камеру с устройством для регулирования величины вакуума, размещенные в камере электронно-лучевые испарители, отличающаяся тем, что содержит механизм вращения подложкодержателей с планетарной передачей, включающий привод механизма вращения и вращающуюся вокруг своей оси платформу с подложкодержателями, вращающимися вокруг своих осей, и дополнительно оборудована комбинированной системой широкополосного оптического контроля, включающей в себя прямой оптический контроль и косвенный оптический контроль, при этом прямой оптический контроль состоит из держателя, осветителя прямого оптического контроля, свет от которого по световоду прямого оптического контроля подводится к коллиматору прямого оптического контроля, объектива, собирающего свет в оптоволокно для передачи его в спектрометр прямого оптического контроля, системы синхронизации, обеспечивающей проведение измерений в момент нахождения подложки с осаждаемым на нее покрытием на пути зондирующего луча осветителя и компьютера с программным обеспечением, причем система синхронизации состоит из датчика первого оборота, датчика счета оборотов, датчика угла поворота привода вращения и платы с процессором на архитектуре программируемой логической интегральной схемы, датчик первого оборота и датчик счета оборотов представляют собой пару геркон/магнит, при этом геркон датчика первого оборота и датчика счета оборотов находится на опоре, закрепленной на стенке вакуумной камеры, магнит датчика первого оборота закреплен на валу подложкодержателя, так, что замыкание пары геркон/магнит происходит один раз за время вращения подложкодержателя до повторения им своей же траектории, магнит датчика счета оборотов закреплен на платформе, и срабатывание пары геркон/магнит происходит на каждом ее обороте, при этом косвенный оптический контроль состоит из осветителя косвенного оптического контроля, излучение от которого по световоду косвенного оптического контроля подводится к коллиматору косвенного оптического контроля, оптической головки, спектрометра косвенного оптического контроля, программируемого логического контроллера, а оптическая головка содержит образец-свидетель.2. Installation for applying a multilayer coating on optical substrates containing a vacuum chamber with a device for controlling the magnitude of the vacuum, electron-beam evaporators placed in the chamber, characterized in that it contains a rotation mechanism of substrate holders with a planetary gear, including a drive of the rotation mechanism and a platform rotating around its axis with substrate holders rotating around their axes, and additionally equipped with a combined broadband optical control system, including direct optical control and indirect optical control, while direct optical control consists of a holder, a direct optical control illuminator, the light from which is transmitted through a direct optical control optical fiber to a direct optical control collimator, a lens that collects light into a fiber optic optical control, a synchronization system that provides measurements when the substrate with the coating deposited on it in the path of the illuminator's probe beam and computer with the software, and the synchronization system consists of a first revolution sensor, a rotation count sensor, a rotational drive angle sensor and a board with a processor on a programmable logic integrated circuit architecture, a first revolution sensor and a speed count sensor are a reed switch / magnet, The reed switch of the first revolution and the counting speed sensor is located on a support fixed on the wall of the vacuum chamber, the magnet of the first rotation sensor is fixed on the substrate holder shaft, so that the reed / magnet pair closes once during the rotation of the substrate holder before it repeats its own trajectory, the magnet of the rev counter is mounted on the platform, and the reed / magnet pair triggers on its every turn, while the indirect optical control consists of the indirect optical illumination control , the radiation from which the optical optical control fiber is supplied to the collimator of the indirect optical control, optical head, indirect optical control spectrometer, software The mapped logic controller, and the optical head contains a sample witness.
RU2018137731A 2018-10-26 2018-10-26 Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method RU2690232C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137731A RU2690232C1 (en) 2018-10-26 2018-10-26 Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137731A RU2690232C1 (en) 2018-10-26 2018-10-26 Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690232C1 true RU2690232C1 (en) 2019-05-31

Family

ID=67037697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018137731A RU2690232C1 (en) 2018-10-26 2018-10-26 Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690232C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771511C1 (en) * 2021-06-16 2022-05-05 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (АО "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for applying a multilayer coating to optical substrates and an installation for implementing the method
CN116904947A (en) * 2023-06-28 2023-10-20 南方科技大学 Sample stage control method and device of coating machine and magnetron sputtering coating machine
CN117821924A (en) * 2022-12-30 2024-04-05 佛山市博顿光电科技有限公司 Vacuum coating equipment and coating control method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410411A (en) * 1992-01-17 1995-04-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of and apparatus for forming multi-layer film
RU2133049C1 (en) * 1997-12-16 1999-07-10 Открытое акционерное общество "Компат" Process of deposition of anti-reflecting multilayer coat on surface of optical element and plant to realize it
US6524449B1 (en) * 1999-12-03 2003-02-25 James A. Folta Method and system for producing sputtered thin films with sub-angstrom thickness uniformity or custom thickness gradients
RU2645439C1 (en) * 2016-12-16 2018-02-21 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" METHOD FOR MANUFACTURING MIRRORS FOR SOLID-BODY SRS-LASERS WITH EMISSION WAVELENGTH OF 1.54 mcm
RU2654991C1 (en) * 2017-04-13 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук(ИСЗФ СО РАН) Method of coating application in vacuum

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410411A (en) * 1992-01-17 1995-04-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of and apparatus for forming multi-layer film
RU2133049C1 (en) * 1997-12-16 1999-07-10 Открытое акционерное общество "Компат" Process of deposition of anti-reflecting multilayer coat on surface of optical element and plant to realize it
US6524449B1 (en) * 1999-12-03 2003-02-25 James A. Folta Method and system for producing sputtered thin films with sub-angstrom thickness uniformity or custom thickness gradients
RU2645439C1 (en) * 2016-12-16 2018-02-21 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" METHOD FOR MANUFACTURING MIRRORS FOR SOLID-BODY SRS-LASERS WITH EMISSION WAVELENGTH OF 1.54 mcm
RU2654991C1 (en) * 2017-04-13 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук(ИСЗФ СО РАН) Method of coating application in vacuum

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771511C1 (en) * 2021-06-16 2022-05-05 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (АО "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for applying a multilayer coating to optical substrates and an installation for implementing the method
CN117821924A (en) * 2022-12-30 2024-04-05 佛山市博顿光电科技有限公司 Vacuum coating equipment and coating control method thereof
CN116904947A (en) * 2023-06-28 2023-10-20 南方科技大学 Sample stage control method and device of coating machine and magnetron sputtering coating machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2690232C1 (en) Method of applying multilayer coating on optical substrates and apparatus for realizing the method
US7068430B1 (en) Method of making highly discriminating optical edge filters and resulting products
JP3309101B2 (en) Method and apparatus for measuring refractive index of thin film
JPS5844961B2 (en) Film thickness control or monitoring equipment
JP2016527397A5 (en)
CN102472611B (en) Optical film thickness meter and thin film forming apparatus provided with optical film thickness meter
KR101561702B1 (en) Status measuring device and status measuring method
RU2771511C1 (en) Method for applying a multilayer coating to optical substrates and an installation for implementing the method
WO2005045891A2 (en) Method and apparatus for measuring and monitoring coatings
WO2015004755A1 (en) Optical film thickness measurement device, thin film forming device, and method for measuring film thickness
Vergöhl et al. In situ monitoring of optical coatings on architectural glass and comparison of the accuracy of the layer thickness attainable with ellipsometry and photometry
JP2005154804A (en) Apparatus and method for forming optical thin film
Liu et al. Ion beam sputtering mixture films with tailored refractive indices
Wilbrandt et al. All-optical in-situ monitoring of PIAD deposition processes
JPS6328862A (en) Method for controlling film thickness
Wilbrandt et al. Experimental determination of the refractive index profile of rugate filters based on in situ measurements of transmission spectra
JP3717340B2 (en) Electronic component manufacturing equipment
RU2158897C1 (en) Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization
JP2023069782A (en) Film formation control device, film formation device and film formation method
Stenzel et al. A hybrid in situ monitoring strategy for optical coating deposition: application to thepreparation of chirped dielectric mirrors
Bauer et al. In situ optical multichannel spectrometer system
US20070019204A1 (en) Spectrometer based multiband optical monitoring of thin films
Stojcevski et al. Broadband optical monitoring for a 2-meter optics magnetron sputtering deposition machine
Netterfield et al. In-situ optical monitoring of thin film deposition
JP2005002462A (en) Deposition control apparatus and program, and optical thin film manufacturing method