一种金属薄膜生长椭园偏振光谱实时监控方法技术

本发明专利技术涉及一种金属薄膜生长椭园偏振光谱实时监控方法。采用真空镀膜样品台和椭园偏振光谱实时监控系统一体化结构；将光钎偶合器、光钎准直系统、小孔光拦、步进电机、角编码器、起偏器、检偏器、光钎光谱仪等分别封装在左右两个密封盒里；采用光纤将复合光输入到其中一个上述密封盒里，再从出射小孔输出直线偏振光谱束，并按给定入射角入射到样品表面，经反射或透射到另一个上述密封盒里，对这种携带着薄膜信息的反射偏振光谱束或透射偏振光谱束实时探测并实时反馈到镀膜设备系统中进行实时监控。这种椭园偏振光谱实时监控方法适合于各种真空镀膜系统如磁控溅射镀膜系统和等离子体增强化学气相沉积镀膜系统等。

【技术实现步骤摘要】
(一)
：本专利技术涉及一种样品台与测试系统一体化结构的真空镀膜椭园偏振光谱实时监控方法，属薄膜材料制备
(二)
技术介绍
：薄膜技术快速发展推动了人类社会进步。因为没有薄膜技术也就没有计算机芯片，从而也就没有手机等的信息设备。薄膜技术在微电子器件，集成电路器件，太阳能电池等制备领域有广泛的应用。但目前薄膜制备技术的成熟度很差，这表现在薄膜太阳能电池制备工艺的重复性差，其光电转换效率高底不一并且普遍较低。在其他薄膜制备领域里也是如此。本专利技术旨在用样品台与测试系统一体化结构的椭园偏振光谱实时监控技术，提高薄膜质量和工艺的重复性。到目前为止，没有发现有关样品台与测试系统一体化结构的椭园偏振光谱实时监控技术系统的公开报道，表明本专利技术具有创新性和创造性。因此，依法申请本专利专利技术。(三)
技术实现思路
:专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种真空镀膜椭园偏振光谱实时监控方法，它是一种采用样品台与测试系统一体化结构的椭园偏振光谱实时监控方法制备薄膜的技术。通过这种椭园偏振光谱实时监控技术，克服了现有技术的不足，提高了薄膜制备工艺的重复性和薄膜质量。本专利技术是一种真空镀膜椭园偏振光谱实时监控方法，该方法包括以下步骤：步骤一：采用常规清洗方法清洗衬底片。例如：对单晶硅片的具体清洗方案是采用清洗硅片专用的一号液和二号液及去离子水按规定流程对硅片的清洗，然后放入聚四氟乙烯容器中，用HF：去离子水＝1：50的稀溶液腐蚀约30秒钟，再用大量的去离子水冲洗3分钟，从而去除单晶硅片上的二氧化硅层等,然后迅速用氩气或氮气吹干后放入真空腔室内的样品台上。步骤二：清洗后的衬底片放入真空腔内样品台上预订位置后，采用抽真空系统该真空腔室抽到一定真空度。例如：先采用机械泵将该真空腔室抽到2Pa,再采用分子泵该真空腔室抽到5×10-4Pa,接着采用离子泵该真空腔室抽到5×10-6Pa。例如：步骤三：采用氩离子轰击系统对样品表面残物进行轰击以清洗表面。例如：将高纯氩气通入到真空腔室内，气压调到3Pa，然后加高压1600伏使其电离形成辉光放电，样品台是负极，电离棒是正极。因此，氩气电离产生的氩离子向样品表面轰击10分钟，从而将样品表面残物轰击掉以清洗表面。步骤四：采用真空镀膜系统并设定镀膜工艺参数后开始镀膜。例如：采用磁控溅射系统镀膜时，先向真空腔室内通入工作气体如高纯氩气等，气压调到1Pa，温度设置视样品要求决定，在匀气1分钟后，将磁控溅射电流调到0.8A，磁控溅射电压为400V(注：这数值与磁场强度有关，磁场强度越大其值越小，反之亦然)，开始磁控溅射，溅射时间由要求的薄膜厚度决定。又例如：采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统镀膜时，先向真空腔室内通入工作气体如高纯硅烷磷烷硼烷气体等，通过质量流量计控制这些气体间的比例，总气压控制为100Pa，温度设置视样品要求决定，射频功率调到60W开始等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，沉积时间由要求的薄膜厚度决定。步骤五：在上述镀膜过程中，采用椭园偏振光谱实时监控薄膜生长，这是本专利申请的内容。具体方法是：在镀膜真空腔室内：设置有样品台和椭园偏振光谱实时监控系统一体化结构即样品台和入射角定位孔反射角定位孔投射角定位孔都是在一块大厚板上并通过数控铣床一次精密铣出来的，而铣途中不换装卡，以保证入射光对样品表面的入射角和反射角的精确值，更重要的是保证了这种入射角和反射角不随机械泵和分子泵等振动源的振动而发生变化，这是本专利技术的核心之一；设置左密封盒其内按置光纤偶合器、光纤准直系统、小孔可调光拦、光路开关、步进电机、角编码器、起偏器等，该左密封盒通过入射定位孔和固定螺钉与上述大厚板固定在一起，这是本专利技术的核心之二；；设置右密封盒其内按置光纤准直系统、小孔可调光拦、检偏器、步进电机、角编码器、光纤光谱仪等，该右密封盒通过入射定位孔或投射角定位孔和固定螺钉与上述大厚板固定在一起，这是本专利技术的核心之三。在镀膜过程中：有三种工作模式如下：工作模式一：由光纤将真空腔室外部的氙灯或卤钨灯等混合光源产生的波长范围为300nm～1100nm的光引入到镀膜真空腔室内，再引入到左密封盒内的光纤偶合器,并由光纤准直系统而成为直线光谱束，该光束再经过小孔可调光拦、光路开关、步进电机、角编码器、起偏器等而形成了直线偏振光谱束并从左密封盒小孔射出，这时步进电机和角编码器及起偏器这三个零件连接在一起不动并且起偏器的偏振化方向相对于样品入射面固定为+45度(迎着入射光看逆时针为正)；该直线偏振光谱束以设定入射角如70°度斜入射于样品表面而反射或透射，其反射或透射光谱束的偏振态发生了与薄膜样品的光学参数有关的变化。这种携带着薄膜信息的反射或透射偏振光谱束经右密封盒小孔进入其内，再经小孔光拦、检偏器、步进电机、角编器等，最后进入光纤光谱仪，这时步进电机和角编码器及检偏器这三个零件固定在一起转动。由光纤光谱仪同时对各波长下的光强信号进行探测，从而得到此薄膜生长时刻的光强随波长和旋转检偏器偏振角的变化规律。根据这种变化规律计算出此薄膜生长时刻的薄膜椭偏光谱参数Ψ和Δ，进而计算出此薄膜生长时刻的薄膜光学常数如薄膜折射率n和消光系数k以及薄膜厚度d。由于光纤光谱仪同时对各波长下的光强信号进行探测，这就大大加快了光谱范围内光强的探测时间，这适合于金属薄膜快速生长的特点，实现了真正意义上的实时监控薄膜生长的目的。工作模式二：由光纤将真空腔室外部的氙灯或卤钨灯等混合光源产生的波长范围为300nm～1100nm的光引入到镀膜真空腔室内，再引入到左密封盒内的光纤偶合器,并由光纤准直系统而成为直线光谱束，该光束再经过小孔可调光拦、光路开关、步进电机、角编码器、起偏器等而形成了直线偏振光谱束并从左密封盒小孔射出，这时步进电机和角编码器及起偏器这三个零件连接在一起转动；该直线偏振光谱束以设定入射角如70°度斜入射于样品表面而反射或透射，其反射或透射光谱束的偏振态发生了与薄膜样品的光学参数有关的变化。这种携带着薄膜信息的反射或透射偏振光谱束经右密封盒小孔进入其内，再经小孔光拦、检偏器、步进电机、角编器等，最后进入光纤光谱仪，这时步进电机和角编码器及检偏器这三个零件固定在一起不动并且检偏器的偏振化方向相对于样品入射面固定为+45度(迎着入射光看逆时针为正)。由光纤光谱仪同时对各波长下的光强信号进行探测，从而得到此薄膜生长时刻的光强随波长和旋转检偏器偏振角的变化规律。根据这种变化规律计算出此薄膜生长时刻的薄膜椭偏光谱参数Ψ和Δ，进而计算出此薄膜生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属薄膜生长椭园偏振光谱实时监控制备方法，包括以下步骤：(1)采用常规清洗方法清洗衬底片如单晶硅片或光学玻璃片等。(2)将清洗后的衬底片放入真空腔内样品台上，采用抽真空系统该真空腔室抽到一定真空度。(3)采用氩离子轰击系统对样品表面残物进行轰击以清洗表面。(4)采用真空镀膜系统并设定镀膜工艺参数后开始镀膜。(5)在上述镀膜过程中，采用椭园偏振光谱实时监控系统对薄膜生长过程进行实时监控，这是本专利的核心技术。需要指出：上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)、是属现有技术，仅出于本专利的完整性和细节性而提出。本专利的核心技术是上述步骤(5)既在薄膜生长过程中，采用椭园偏振光谱实时监控薄膜生长过程的制备方法。

【技术特征摘要】
1.一种金属薄膜生长椭园偏振光谱实时监控制备方法，包括以下步骤：
(1)采用常规清洗方法清洗衬底片如单晶硅片或光学玻璃片等。
(2)将清洗后的衬底片放入真空腔内样品台上，采用抽真空系统该真空腔室抽到一定
真空度。
(3)采用氩离子轰击系统对样品表面残物进行轰击以清洗表面。
(4)采用真空镀膜系统并设定镀膜工艺参数后开始镀膜。
(5)在上述镀膜过程中，采用椭园偏振光谱实时监控系统对薄膜生长过程进行实时监
控，这是本专利的核心技术。
需要指出：上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)、是属现有技术，仅出于本专利的完整性和细节
性而提出。本专利的核心技术是上述步骤(5)既在薄膜生长过程中，采用椭园偏振光谱实时
监控薄膜生长过程的制备方法。
2.根据权利要求l所述的真空镀膜椭园偏振光谱实时监控制备方法，其步骤(5)中所述
的椭园偏振光谱实时监控薄膜生长过程是指:
在镀膜真空腔室内：设置有样品台和椭园偏振光谱实时监控系统一体化结构，以保证
入射光对样品表面的入射角和反射角不随机械泵和分子泵等振动源的振动而发生变化；设
置左密封盒其内按置光纤偶合器、光纤准直系统、小孔可调光拦、光路开关、步进电机、角编
器、起偏器等；设置右密封盒其内按置光纤准直系统、小孔可调光拦、检偏器、步进电机、光
纤光谱仪等。
由光纤将真空腔室外部的氙灯或卤钨灯等混合光源产生的波长范围为300nm～1100nm
的光引入到镀膜真空腔室内，再引入到左密封盒内的光纤偶合器,并由光纤准直系统而成
为直线光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维佳，马强，马晓波，范志强，马登浩，蒋昭毅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11