一种溅射膜层检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及磁控溅射镀膜技术领域，尤其是涉及一种溅射膜层检测装置，还涉及一种镀膜均匀度检测方法。


背景技术：

2.磁控溅射镀膜技术通常用于显示屏、半导体领域，是一种物理气相沉积技术，通过溅射将靶材沉积在基板上，形成一层镀膜。镀膜的厚度和均匀性是表征镀膜质量的重要指标，镀膜时对镀膜厚度和均匀性进行检测是必要的程序。
3.目前常见的测量方法有直接法和间接法，比较典型的直接法是电子显微扫描法，比较典型的间接法有涡流扫描法、等厚干涉扫描法等。各种测量方法都有一定的局限性，如电子显微扫描法需要破坏取样，且制样麻烦；涡流扫描法对材质有要求，只能检测磁性金属基板上的非磁性镀层；而等厚干涉扫描法则要求镀膜材料具有透光性。因此需要一种适用性广、测量精度高的镀膜检测装置。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种溅射膜层检测装置，其目的在于：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种溅射膜层检测装置，包括：平行光源；单缝挡板，包括板体和可进行镀膜的测试板，在板体上设有长条孔，测试板安装在长条孔内，并与长条孔形成狭长的单缝；屏幕，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的干涉条纹，通过对干涉条纹的观测检测镀膜的厚度和均匀性。
5.进一步地改进技术方案，所述平行光源为单色平行光源。
6.进一步地改进技术方案，测试板的材质与需要镀膜的基板的材质相同，且测试板与所述基板同炉镀膜。
7.进一步地改进技术方案，在测试板上固定有磁性板，测试板通过磁性板磁吸在长条孔内。
8.进一步地改进技术方案，所述屏幕为感光屏，在感光屏内阵列排布有光线传感器。
9.进一步地改进技术方案，在单缝挡板与屏幕设有凸透镜。
10.一种膜层均匀度检测方法，使用所述溅射膜层检测装置；所述膜层均匀度检测方法包括以下步骤：s1：将未镀膜的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第一干涉条纹，记录第一干涉条纹的形状；s2：将测试板与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第二干涉条纹，记录第二干涉
条纹的形状；s3：通过对比第二干涉条纹与第一干涉条纹的形状，判别膜层的均匀度。
11.一种膜层厚度检测方法，使用所述溅射膜层检测装置；所述膜层厚度检测方法包括以下步骤：s1：将未镀膜的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第一干涉条纹，测量第一干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式求得单缝的宽度a1；s2：将测试板与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第二干涉条纹，测量第二干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式求得单缝的宽度a2；s3：膜层厚度为d，d=a2-a1。
12.进一步地改进技术方案，所述单缝衍射公式为a=λ*sin（θ）/x；其中，θ为半幅衍射角，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度。
13.进一步地改进技术方案，所述单缝衍射为夫琅和费单缝衍射，夫琅和费单缝衍射的公式为a=2f*λ/ x；其中，f为凸透镜的焦距，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度。
14.由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本膜层检测装置利用单缝衍射原理，平行光源在经过衍射缝后，在屏幕上会衍射出明暗相间的干涉条纹，通过对干涉条纹宽度的测量得到测试板在镀膜前和镀膜后的单缝宽度，进而通过相减得到镀膜的厚度。此外，本膜层检测装置还可以通过对镀膜前、镀膜后干涉条纹的明暗分界线形状的对比检测镀膜的均匀度。
15.由于使用测试板与基板同炉、同条件镀膜，测试板上的镀膜情况反映了基板的镀膜情况，通过对测试板镀膜厚度的测量，间接得到了基板的镀膜厚度。
16.相对于扫描电子显微法，本膜层检测方法不需要破坏取样和制样。相对于涡流法、等厚干涉法，本膜层检测方法对基板、镀膜没有材质上的要求。因此，本膜层检测装置是一种适用性广的镀膜检测装置。
附图说明
17.图1示出的是本膜层检测装置的结构示意图。
18.图2示出的是板体的结构示意图。
19.图3示出的是测试板的结构示意图。
20.图4示出的是单缝挡板的结构示意图。
21.图5示出的是本膜层检测装置的另一种结构示意图。
22.图6示出的是镀膜前干涉条纹的示意图。
23.图7示出的是镀膜后干涉条纹的示意图。
24.图中：10、发光源；20、第一凸透镜；30、单缝挡板；
31、板体；32、长条孔；33、测试板；331、底板；332、镀膜；333、磁性板；34、衍射缝；40、屏幕；50、第二凸透镜；60、干涉条纹的明暗分界线。
具体实施方式
25.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.一种溅射膜层检测装置，如图1-4所示，包括平行光源、单缝挡板30和屏幕40，下面具体说明其结构及作用。
27.参照图1，平行光源由发光源10和第一凸透镜20构成，第一凸透镜20能够将发光源10发出的光折射成平行光。为了便于观察，发光源10发出的光为单色光，平行光源为单色平行光源。
28.参照图1-4，单缝挡板30包括板体31和可进行镀膜332的测试板33。
29.参照图2，在板体31上设有长条孔32。
30.参照图3，测试板33是一块厚度完全均匀的长条板，其包括底板331，该底板331的材质与需要进行镀膜的基板的材质相同。在检测前，测试板33与基板同炉、同条件镀膜，在底板331的正面镀有一层镀膜332。
31.参照图3和图4，测试板33安装在长条孔32内，并与长条孔32形成狭长的、具有一定宽度的衍射缝34。为了便于安装，在测试板33的背面固定有磁性板333，测试板33能够通过磁性板333磁吸在长条孔32内。
32.溅射膜层的厚度和衍射缝34的宽度通常都在微米的量级上，与可见光的波长相近，这种量级的衍射缝34能够明显地产生衍射现象。参照图1，本镀膜厚度测量装置利用单缝衍射原理，平行光源在经过衍射缝34后，在屏幕40上会衍射出明暗相间的干涉条纹，通过对镀膜前干涉条纹和镀膜后干涉条纹的对比观测，检测镀膜的厚度和均匀性。
33.值得注意的是，屏幕40可以采用白屏，也可以采用感光屏，在感光屏内阵列排布有光线传感器。采用感光屏后，通过感光屏内的光线传感器能够自动测得干涉条纹的形状和宽度，有助于提高测量效率和精度。
34.一种膜层厚度检测方法，需要使用到上述的溅射膜层检测装置。所述膜层厚度检测方法包括以下步骤：s1：参照图1，将未镀膜的测试板33放入长条孔32内形成单缝，平行光源经过单缝
后，在屏幕40上显示出明暗相间的第一干涉条纹，测量第一干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式a=λ*sin（θ）/x，求得单缝的宽度a1。式中，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度，θ为半幅衍射角，半幅衍射角θ可由arctg（x/2l）求出。
35.由上述公式可以看出，衍射缝34的宽度a有微小的变化，中心干涉条纹的宽度x会有巨大的变化。通过对中心干涉条纹宽度的测量，可精准地得到衍射缝34的宽度。
36.值得注意的是，未镀膜的测试板33，其厚度也可以用其它手段测得，只要测量精度足够高就可以。
37.s2：将测试板33与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板33放入长条孔32内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕40上显示出明暗相间的第二干涉条纹，测量第二干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式a=λ*sin（θ）/x，求得单缝的宽度a2。
38.s3：波长λ不变的情况下，衍射缝34的宽度a越小，中心干涉条纹的宽度就越大。因此设膜层厚度为d，那么d=a2-a1。
39.如图5所示，在另一个实施方式中，在单缝挡板与屏幕40之间设置有第二凸透镜50，这样就形成了夫琅和费单缝衍射。那么，上述单缝衍射公式就变为夫琅和费单缝衍射公式a=2f*λ/ x。式中，f为第二凸透镜50的焦距，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度。
40.一种膜层均匀度检测方法，需要使用到上述的溅射膜层检测装置。所述膜层均匀度检测方法包括以下步骤：s1：将未镀膜的测试板33放入长条孔32内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕40上显示出明暗相间的第一干涉条纹，记录第一干涉条纹的形状，如图6所示。图6中，只要衍射缝34的宽度均匀，那么各干涉条纹的明暗分界线60是垂直的直线条。
41.s2：将测试板33与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板33放入长条孔32内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕40上显示出明暗相间的第二干涉条纹，记录第二干涉条纹的形状，如图7所示。图7中，如果镀膜后膜层的厚度不均匀，那么衍射缝34的宽度也不均匀，此时干涉条纹的明暗分界线60不是垂直的直线条，二是弯曲的曲线条。
42.s3：对比图6、图7可以看出，曲线条向内弯曲的部位，其干涉条纹的宽度x较小，此处对应的衍射缝34的宽度较大，可判断出此处镀膜的膜层厚度较薄。曲线条向外弯曲的部位，其干涉条纹的宽度x较大，此处对应的衍射缝34的宽度较小，可判断出此处镀膜的膜层厚度较厚。这样，通过对比第二干涉条纹与第一干涉条纹的形状，可判别出膜层的均匀度。
43.未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种溅射膜层检测装置，其特征是：包括：平行光源；单缝挡板，包括板体和可进行镀膜的测试板，在板体上设有长条孔，测试板安装在长条孔内，并与长条孔形成狭长的单缝；屏幕，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的干涉条纹，通过对干涉条纹的观测检测镀膜的厚度和均匀性。2.如权利要求1所述的一种溅射膜层检测装置，其特征是：所述平行光源为单色平行光源。3.如权利要求1所述的一种溅射膜层检测装置，其特征是：测试板的材质与需要镀膜的基板的材质相同，且测试板与所述基板同炉镀膜。4.如权利要求1所述的一种溅射膜层检测装置，其特征是：在测试板上固定有磁性板，测试板通过磁性板磁吸在长条孔内。5.如权利要求1所述的一种溅射膜层检测装置，其特征是：所述屏幕为感光屏，在感光屏内阵列排布有光线传感器。6.如权利要求1所述的一种溅射膜层检测装置，其特征是：在单缝挡板与屏幕设有凸透镜。7.一种膜层均匀度检测方法，其特征是：使用所述溅射膜层检测装置；所述膜层均匀度检测方法包括以下步骤：s1：将未镀膜的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第一干涉条纹，记录第一干涉条纹的形状；s2：将测试板与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第二干涉条纹，记录第二干涉条纹的形状；s3：通过对比第二干涉条纹与第一干涉条纹的形状，判别膜层的均匀度。8.一种膜层厚度检测方法，其特征是：使用所述溅射膜层检测装置；所述膜层厚度检测方法包括以下步骤：s1：将未镀膜的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第一干涉条纹，测量第一干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式求得单缝的宽度a1；s2：将测试板与被测产品的基板同炉镀膜，然后将镀膜后的测试板放入长条孔内形成单缝，平行光源经过单缝后，在屏幕上显示出明暗相间的第二干涉条纹，测量第二干涉条纹中心条纹的宽度，并通过单缝衍射公式求得单缝的宽度a2；s3：膜层厚度为d，d=a2-a1。9.如权利要求8所述的一种膜层厚度检测方法，其特征是：所述单缝衍射公式为a=λ*sin（θ）/x；其中，θ为半幅衍射角，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度。10.如权利要求8所述的一种膜层厚度检测方法，其特征是：所述单缝衍射为夫琅和费单缝衍射，夫琅和费单缝衍射的公式为a=2f*λ/ x；其中，f为凸透镜的焦距，λ为平行光源的波长，x为中心干涉条纹的宽度。

技术总结
一种溅射膜层检测装置，包括平行光源、单缝挡板和屏幕；单缝挡板包括板体和可进行镀膜的测试板，在板体上设有长条孔，测试板安装在长条孔内，并与长条孔形成狭长的单缝。本膜层检测装置利用单缝衍射原理，平行光源在经过衍射缝后，在屏幕上会衍射出明暗相间的干涉条纹，通过对干涉条纹宽度的测量得到测试板在镀膜前和镀膜后的单缝宽度，进而通过相减得到镀膜的厚度。此外，本膜层检测装置还可以通过对镀膜前、镀膜后干涉条纹的明暗分界线形状的对比，检测镀膜的均匀度。由于应用于本膜层检测装置的检测方法不需要破坏取样和制样，对基板、镀膜也没有材质上的要求，因此本溅射膜层检测装置是一种适用性广、测量精度高的镀膜检测装置。测装置。测装置。


技术研发人员：王德建 邓锐 王淑辉
受保护的技术使用者：洛阳汇晶新材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25