镀膜产品常见不良分析Word格式.docx
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㈥膜料的去潮，将待用膜料用培养皿盛放在真空室枯燥。
㈦保持工作环境的枯燥〔包括镜片擦拭、上伞工作区〕，清洁工作环境时不能带入过多的水汽。
㈧对于多层膜，在膜系设计时，就要考虑第一层膜与基片的匹配，尽可能考虑用Al2O3膜料，该膜料对大局部基片有较好的吸附力。
对于金属膜，也可考虑第一层镀Cr或Cr合金。
Cr或Cr合金对基片也有较好的吸附力。
㈨采取研磨液〔抛光液〕复新去除镜片外表的腐蚀层〔水解层〕
㈩有时候适当降低蒸发速率对膜强度的提高有帮助，对提高膜外表的光滑度有积极意义。
②膜层应力：
薄膜的成膜过程，是一个物质形态的转变过程，不可防止地在成膜后的膜层中会有应力存在，对于多层膜来说有不同膜料的组合，各膜层表达出的应力是有所不同的，有的是应力、有的是压应力，还有膜层及基片的热应力。
应力的存在对膜强度是有害的，轻者是膜层耐不住摩擦，重者，造成膜层的龟裂或网状细道子。
对于减反膜，由于层数不多，应力一般表达不明显，〔但有些硝材的镜片即便是减反膜也有应力问题存在。
〕而层数较多的高反膜、滤光膜，应力是一个常见的不良因素，应特别注意。
㈠镀后烘烤，最后一层膜镀完后，烘烤不要马上停顿，延续10分钟“回火〞。
让膜层构造趋于稳定。
㈠降温时间适当延长，退火时效。
减少由于真空室外温差过大带来的热应力。
㈡对高反膜、滤光膜等在蒸镀过程中，基片温度不宜过高，高温易产生热应力。
并且对氧化钛、氧化钽等膜料的光学稳定性有负面作用。
㈢镀膜过程离子辅助，减少应力。
㈣选择适宜的膜系匹配，第一层膜料与基片的匹配。
〔如五层减反膜采用Al2O3-ZrO2-Al2O3-Al2O3-ZrO2-MgF2；
ZrO2也可以采用SV-5〔一种ZrO2TiO2混和膜料〕或其他混合高折射率膜料。
。
㈤适当减小蒸发速率〔Al2O3-2.5A/S;
ZrO2-3A/S;
MgF2-6A/S参考速率〕
㈥对氧化物膜料全部充氧反响镀，根据不同膜料控制氧进气量。
③外层膜外表硬度：
减反膜一般外层选用MgF2，该膜层剖面是较松散的柱状构造，外表硬度不高，容易擦拭出道子。
㈠膜系设计允许时，外层加10nm左右的SiO2层，二氧化硅的外表光滑度优于氟化镁〔但二氧化硅外表耐磨度、硬度不如氟化镁〕。
镀后离子轰击几分钟，结实度效果会更好。
〔但外表会变粗〕
㈡镜片出真空室后，放置在较枯燥干净的地方，防治快速吸潮，外表硬度降低。
④其它
造成膜强度不良的原因还有，真空度过低〔在手动控制的机台容易发生〕、真空室脏、基片加热不到位。
辅助气体充入时，膜料也在放气致使真空度降低，使分子自由程减少，膜层不牢。
所以辅助气体的充入要考虑膜料的放气，镀前对膜料充分预熔充分放气，也可以防止由于蒸镀中膜料放气造成真空度过度下降，从而影响膜强度。
⑤脱膜
这里的脱膜虽然也是膜弱的一种，但与前述的脱膜有一些区别，主要特征为：
点状脱膜、边缘脱膜、局部脱膜。
主要原因使膜有脏或污染物所造成的。
改善方法：
提高基片的干净度。
二、膜料点
膜料点不良也是镀膜产品的一个常见问题，在日企、台企把膜料点称为“斑孔〞
顾名思义，膜料点就是蒸镀中，大颗粒膜料点随着膜料蒸汽分子一起蒸镀到了基片的外表，在基片外表形成点状的突起，有时是个别点，严重时是成片的细点，大颗粒点甚至可以打伤基片外表。
各种膜料的蒸发特性是不一样的，特别是熔点温度和蒸发温度有很大差异
熔点温度大于蒸发温度的材料，由固态直接气化蒸发，是升华材料；
熔点温度小于蒸发温度的材料，由固态先化成液态此后在转换成气态蒸发，是非升华材料；
熔点温度与蒸发温度相当的材料，由固态到气态蒸发，边融化边蒸发。
是半升华材料。
其中非升华材料最容易产生膜料点，因为液态的膜料继续加热会沸腾，沸腾中膜料中的气泡溢出，飞溅膜料点的可能性加大。
有时在材料预熔时就有很大的飞溅。
膜料受潮，预熔或蒸镀时水汽逸出，也会造成飞溅产生。
下表是几种常用膜料的升华特性
材料名称
熔点温度
蒸发温度
飞溅可能
备注
ZnS
1900
1100
极小
SiO2
1700
1600
很小
Al2O3
2020
2100
小
ZrO2
2715
2700
TiO2
1850
2000
大
Ta2O5
1800
较大
MgF2
1266
1540
膜料不纯、膜料参杂，即膜料中有了熔点温度、蒸发温度不一致的材料，这也是膜料点产生的原因。
选用好的膜料、充分预溶、控制速率。
㈠选择杂质少的膜料
㈡对易飞溅的膜料选择颗粒适宜的膜料
㈢膜料在镀前用网筛筛一下
㈣精心预熔，MgF2务必熔透一次蒸镀所需膜料，而Ta2O5和TiO2必须彻底熔透。
㈤用一把电子枪镀制几种膜料时，防治坩埚转动中膜料参杂及挡板掉下膜料渣造成膜料污染。
一旦发现坩埚膜料有污染，应立即更换。
㈥尽最大可能使蒸发舟、坩埚干净。
〔勤清扫〕。
㈦选择适宜的蒸发速率及速率曲线的平滑。
特别是非升华材料，蒸发速率不宜高。
㈧膜料去潮，将待用膜料用培养皿盛放在真空室枯燥
注意：
有时膜层有一些细小的点子，有可能不是膜料点，而是灰尘点，处理的方法与膜料点不良是不同的，应严格区分，分别处理。
三、膜色差异
膜色差异有二种〔不包含色斑〕，一种是整罩上、中、下膜色不一致，即分光测试曲线有差异；
二是单片膜色不一致。
1．上中下膜色不一致称为整伞〔罩〕均匀性不好，也称有伞差。
主要产生原因是均匀性修正板〔补正板〕有问题。
2．伞片变形。
也是膜色不匀的原因之一，特别是使用了较久的伞片，以往是均匀的，慢慢变得不均匀了，伞片变形就可能是主要原因了。
3．膜料状况的不一致，特别是升华和半升华膜料被打偏，挖坑等也会严重影响整罩和单片的均匀性。
特别是有大量手工预熔时，各人的操作手法不一，得到的料况也会不一。
充分采用修正板的功能。
㈠调整修正板，尽量考虑上下折射率膜料的平衡兼容，如果有二个蒸发源，可能的条件下，独立使用各自的修正板，防止干扰。
㈡条件许可，采用行星夹具。
㈢伞片整形，对伞片整形可以先加工一个R基模〔选择强度较高的原材料〕，在基模上对伞片整形。
为防止减少伞片变形，在伞片订购时对伞片的厚度、原材料选择要适宜。
㈣加强伞片管理，特别是摆放时的管理，防止因摆放不当而变形。
㈤改善膜料状况，特别是电子枪蒸镀升华、半升华材料时，不能把膜料打塌，挖坑。
㈥能够自动预熔的膜料，尽量自动预熔，减少人为因素影响。
▲修正板对物理膜厚的修正很有效，但对折射率的修正是力不从心的，所以完全靠修正板解决分光均匀性，是很困难的。
▲如果一个修正板要对应二把电子枪〔蒸发源〕、以及多种膜料，就会有较大的困难。
对于单片膜色不均匀产生的原因：
主要是由于基片凹凸严重，与伞片曲率差异较大，基片上部、或下部法线与蒸发源构成的蒸发角差异较大。
造成一片镜片上各部位承受膜料的条件差异大，形成的膜厚差异大。
另外镜片被镜圈〔碟片〕边缘部遮挡、镜圈〔碟片〕脏在蒸镀时污染镜片等等也会造成膜色差异问题。
改善镜片边缘的蒸发角。
㈠条件许可，用行星夹具；
㈡选用伞片平坦〔R大〕的机台；
㈢根据伞片孔位分布，基片形状，制作专门的锯齿形修正板。
㈣如果有可能，把蒸发源往真空室中间移动，也可改善单片的膜色均匀性。
㈤改善镜圈〔碟片〕，防止遮挡。
㈥注意旋转伞架的相应部位对边缘镜片的局部遮挡
㈦清洁镜圈〔碟片〕
㈧改善膜料蒸发状况。
四、膜脏〔也称白压克〕
顾名思义，膜层有脏。
一般的膜脏发生在膜或膜外。
脏可以包括：
灰尘点、白雾、油斑、指纹印、口水点等。
〔灰尘点和白雾单列〕
检讨过程，杜绝脏污染。
㈠送交洗净或擦拭的镜片不要有过多的不良附着物；
㈡加强镀前镜片的洗净率或擦净率；
㈢改善上伞后待镀镜片的摆放环境，防治污染；
㈣养成上伞作业员的良好习惯，防治镜片污染〔指纹印、口水点及其它〕；
㈦加快真空室护板更换周期；
㈧充气管道清洁，防治气体充入时污染；
㈨初始排气防涡流〔湍流〕，初始充气防过冲；
㈩镜片摆放环境和搬运过程中防止油污、水汽〔磨边、超声波清洗〕污染。
11工作环境改造成干净车间
12将镀膜机作业面板和主机隔开，减少主机产生的有害物质污染镜片。
四/1、灰点脏
现象：
镜片膜层外表或部有一些点子〔不是膜料点〕有些可以擦除，有的不能擦除。
并且会有点状脱膜产生。
产生原因：
1、真空室脏，在开场抽真空时的空气涡流将真空室底板、护板的脏灰带到镜片上，形成灰点层。
〔膜，不能擦除，会有点状脱膜〕
2、镜圈或碟片脏，有浮点灰尘，在离子束作用下附着到了镜片上形成灰点层。
3、镜片上伞时就有灰尘点，上伞时没有检查挑选。
4、镀制完成后的环境污染是膜外灰点的主要成因，特别是当镜片热的时候，更容易吸附灰尘，而且难以擦除。
〔膜外〕
1、真空室充气口环境脏、开场充气量过大、充气过滤器脏，充气时镜片温度过高也是造成镜片膜外灰尘点不良的原因。
2、作业员人为带来的灰尘污染〔膜膜外〕
3、工作环境中灰尘过多
杜绝灰尘源
1．工作环境改造干净车间，严格按干净车间规实施。
2．尽可能做好环境卫生。
尽量利用干净工作台。
3．真空室周期清扫，保持清洁。
四/2、膜外白雾
镀膜完成后，外表有一些淡淡的白雾，用丙酮或混合液擦拭，会有越擦越严重的现象。
用氧化铈粉擦拭，可以擦掉或减轻，〔又称：
可擦拭压克〕
分析：
膜外白雾的成因较为复杂，可能的成因有：
①膜构造问题：
外层膜的柱状构造松散，外层膜太粗糙；
②蒸发角过大，膜构造粗糙。
③温差：
镜片出罩时外温差过大
④潮气；
镜片出罩后摆放环境的潮气
⑤真空室POLYCOLD解冻时水汽过重
⑥蒸镀中充氧不完全，膜构造不均匀
⑦膜与膜之间的应力
膜外白雾成因很多，但各有些特征，尽量对症下药。
主要思路，一是把膜做的致密光滑些不容易吸附，二是改善环境减少吸附的对象。
㈠改善膜系，外层加二氧化硅，使膜外表光滑，不易吸附。
改善镜片出罩时的环境〔枯燥、清洁〕
㈡降低出罩时的镜片温度〔延长在真空室的冷却时间〕减少温差、降低应力。
㈢改善充氧〔加大〕，改善膜构造。
㈣适当降低蒸发速率，改善柱状构造
㈤离子辅助镀膜，改善膜构造
㈥加上polycold解冻时的小充气阀〔其功能是及时带走水汽〕
㈦从蒸发源和夹具上想方法改善蒸发角。
㈧改善基片外表粗糙度。
㈨注意polycold解冻时的真空度。
四/3、膜白雾
白雾形成在膜，无法用擦拭方法祛除。
可能的成因：
①基片脏，附着前工程的残留物
②镜片外表腐蚀污染
③膜料与膜料之间、膜料与基片之间的匹配。
④氧化物充氧不够。
⑤第一层氧化锆膜料，可能对某些基片产生白晕现象
⑥基片进罩前〔洗净后〕受潮气污染
⑦洗净或擦拭不良，洗净痕迹、擦拭痕迹
⑧真空室脏、水气过重
⑨环境湿度大
基片本身的问题可能是主要的，镀膜是尽量弥补，镀膜本身最大的可能是膜料匹配问题。
㈠改良膜系，第一层不用氧化锆。
㈡尽量减少真空室开门时间，罩与罩之间在最短的时间做好真空室的清洁、镀膜准备工作。
㈢真空室在更换护板、清洁后，最好能空罩抽真空烘烤一下，更换的护板等真空室部件必须枯燥、干净。
㈣改善环境
㈤妥善保护进罩前在伞片上的镜片，免受污染。
㈥改善洗净、擦拭效果。
㈦改善膜匹配〔考虑第一层用Al2O3〕
㈧改善膜充氧和蒸发速率〔降低〕
㈨加快前工程的流程。
前工程对已加工光面的保护加强。
㈩抛光加工完成的光面，必须立即清洁干净，不能有抛光粉或其他杂质附着干结。
五、色斑
色斑〔也称膜色压克、烧蚀〕是指镜片上的膜色局部变异〔一般不规那么〕。
有膜色斑〔含膜层色斑〕和膜外色斑二种。
有时会出现规那么的局部区域〔如凹镜片的中心或环状区域等〕膜色变异。
色斑产生的原因：
局部折射率变异：
所谓膜色是薄膜光谱特性的反映，薄膜光谱分光特性的设计和达成是建立在一定折射率基片的根底上，如果基片局部折射率改变，那么所镀的膜层在局部的光谱分光特性也有变化。
局部点的膜色就会有变异，形成膜色斑的。
镀膜中和镀膜后由于种种原因，使得膜层的局部折射率变异，形成膜层或膜外色斑。
膜外色斑一般较浅，可以用抛光粉或碳酸钙分擦掉，如果是中间层或底层膜层局部折射率变异的膜层色斑，就不能用抛光粉或碳酸钙粉擦拭去掉了。
分辨膜膜层和膜外色斑的一个有效手段是用抛光粉或碳酸钙粉擦拭。
膜、膜层、膜外色斑的处理对策是不同的。
膜色斑产生来源：
基片上局部折射率改变大都是由于基片局部被腐蚀造成的。
腐蚀层一般形成一层极薄的低折射率层。
1．前道加工过程中工装夹具、加工方法带来的。
这个局部可能大，也可能小，还可能大部，由此可能会有大小不等的色斑。
这种色斑有一个特征，色斑的形状规那么、部位一致、界限清楚。
2．周转、运输、库存产生。
有些基底本身的化学特性较差，如H-ZK9，耐潮、耐酸性能很弱，在前加工过程中不可防止的会与水接触，会与潮湿空气接触，形成腐蚀，如果前加工与镀膜的周期长〔超过5小时〕就容易产生膜色斑，如果是反射膜、红外截至膜，这种色斑就会非常明显，还有可能刚镀完是良品，假设干天后还会有色斑显出而成为不良品。
3．研磨抛光工程在镜片外表完工后没有及时将外表处理干净，残留的抛光粉、液等干结在镜片外表，对镜片产生腐蚀或污染。
这种腐蚀或污染不能用洗净或擦拭的方法祛除，镀膜后显现的就是色斑。
4．研磨抛光所用抛光液的PH值匹配没有受控，影响镜片在研磨加工到镀膜加工之间的化学稳定。
膜层和膜外色斑产生来源
1．镀膜后，膜层的空隙中渗透了难以消除的杂质，改变了局部膜层的折射率，从而膜外形成色斑。
2．镀膜过程中，有些高折射率基片的温度过高，造成局部膜层〔也有可能是膜层和基片的结合部〕折射率变异。
也会造成膜层色斑产生。
3．膜系匹配中，有的膜层太薄，结晶处于不稳定状态，也可能产生膜层色斑。
4．膜系的膜料选择与基片材料的匹配不好，也是膜层色般的产生原因之一。
5．机组的微量返油，在镜片或膜层中形成局部的极薄的油斑，也是膜层色斑的产生原因，此类色斑处的膜强度一般较差些。
膜色斑改善对策：
一、加快研磨〔抛光〕到镀膜的周期，减少镜片被污染腐蚀的几率，注意：
是镜片的全部抛光面。
二、抛光加工中，注意对另一已抛好光的面保护
三、注意抛光加工中的工装、夹具、加工方法，以免造成对镜片外表局部腐蚀伤害。
四、抛光加工完成的光面，必须立即清洁干净，不能有抛光粉或其他杂质附着干结。
五、控制研磨抛光液的PH值。
六、镀膜前，用抛光粉〔氧化铈、氧化铁〕或碳酸钙粉〔用甘油或水调和〕对镜片抛光面复新。
并尽快清洁干净。
七、加强镀前的离子轰击
八、对于可见光区减反膜，在满足技术要求的前提下设计制作成单峰形，反射色呈淡绿色，掩盖色斑
九、对于化学性能较好的镜片，在清洗前先用退膜液或稀酸液浸泡去除腐蚀斑。
十、选择适宜的膜层匹配对色斑改善也有帮助。
十一、提高基片镀制时的温度，加快水汽的彻底挥发。
〔但可能会有膜层色斑产生，要根据具体情况分析对策。
〕
十二、第一层镀上Al2O3膜层一般会有好的改善效果。
膜层、膜外色斑改善对策：
一、对减反膜，设计条件许可时，外层加以SiO2层，10nm左右即可〔一般的外层膜是MgF2〕。
使外层趋于光滑、致密，减少有害物质的侵蚀。
〔如果镀后离子轰击SiO2层会粗糙。
二、适当降低蒸镀速率〔在一定围〕提高膜层光滑度，减少吸附。
三、镜片在出罩后，待冷却后再下伞和擦拭。
四、镜片在出罩后，放置在干净枯燥的场合待冷却。
减少污染可能。
五、用碳酸钙粉，轻擦去除外层附着物。
六、改善工作环境的湿度、温差。
七、改善充气口附近的环境，使充入的大气枯燥、干净。
八、工作人员的个人卫生〔口罩、服装、手套、指套等〕改善。
九、检讨真空室返油状况，防止返油。
十、适当降低基片温度；
〔不能影响膜强度〕
十一、改善膜系，取消太薄的膜层，根据硝材特性，选择适宜的膜层材料。
六、光谱特性
光学薄膜产品中，光谱特性不良〔分光不良〕是一个常见问题，光谱特性不良是指分光反射〔透射〕曲线不满足零件产品技术要求，是功能性的不良，生产制造中必须严格监控。
造成光谱特性不良产生的原因有很多，主要的有：
1.膜系设计：
设计时的膜厚、折射率允差太小，试制时的分光曲线在技术要求的边缘，制造中稍有偏差就导致分光不良。
2.设计的膜料折射率与实际的折射率有差异，或发生了变异。
3.实镀的中心波长〔膜厚〕与希望到达的中心波长〔膜厚〕有差异，或发生了变异。
〔tooling值〔也有叫F值〕有偏差〕
4.制造中出了过失：
如膜料用错、程序用错、预熔时没关挡板等
5.工艺条件改变：
真空度、充氧量、加热温度、蒸发速率、基片旋转速度、离子辅助条件等。
6.材料变更，如不同厂家生产的同种光学材料〔基片材料和膜料〕在光学性能化学性能有所不同〔有时同厂家不同生产批次也有不同〕，生产过程中〔特别是大批量生产〕材料突然变更〔未作论证〕，就可能造成分光不良。
7.用于测试分光的比拟片外表特性变异，造成分光测试不良〔也许镜片的分光是OK的，可以比拟二者的反射膜色〕。
这也许是容易无视的一个问题，又是一个常见的问题，特别是高折射率的测试比拟片外表形成一层腐蚀层，相当于有了一层减反膜〔很薄〕，膜层不是堆积在基片上，而是堆积在腐蚀层上，于是比拟片上的分光就会不准确、不稳定。
往往比拟片加工存放的时间远大于基片，存放的环境不如镜片，问题就会更严重。
8.机组工艺稳定性差。
〔抽速不温、机组震动大、测试片或晶片抖动、旋转不温、伞片变形、温度测量误差大、加热功率不稳等等〕
9.如果使用晶振控制膜厚的，晶振片的品质、晶振片的使用寿命、活性值的变化。
同一片晶振片，开场使用的敏感度与使用了一段时间〔如6层减反膜镀了3罩〕敏感度有一些差异，也会带来整体曲线的偏移。
10.晶控探头的水冷差，造成晶控不稳定、不可靠，膜厚控制不准确。
11.刚镀制完成的测试与放置一段时间后的测试，分光特性会有差异。
12.有些膜料的折射率在成膜后还会有变化〔与成膜条件、膜层匹配有关〕，会造成光谱特性的变化。
13.镜片折射率变异，有些基片材料，在经过超声波清洗后外表形成一极薄的低折射率层，对分光特性、膜色也有影响
14.采用光控时〔非自动控制〕，光量值设置的不适宜，或因为膜料折射率变化使得设置的光量值有了偏差，带来分光特性的偏差或不稳定。
15.光控中的监控片本身有了腐蚀层，影响了光控的走值。
16.光控中的光信号不稳定〔电压波动、接触不良、电子元器件问题等〕影响精度和稳定性。
17.光控中，有的膜层比拟薄〔特别是第一层比拟薄时〕不到一个峰值，带来光控的不准确性。
18.非自动控制的光控，人为判断时误差。
一、设计膜系：
●膜系设计中选用膜料的折射率应与使用膜料使用机台吻合；
●膜系设计尽量考虑厚度与折射率允差〔各层的厚度及折射率允许偏差1%-2%〕，特别是敏感层，要有一定的允差〔1%〕
●控制厚度与实际测试厚度的“tooling〞值，要准确，并经常确认调整。
●设计的技术要求必须高于图纸提出的技术要求。
●设计时考虑基片变异层折射率变化带来的影响。
●设计时考虑膜料的折射率变化及膜料之间、膜料与基片之间的匹配。
二、工作现场所用膜料、芯片、硝材生产厂家、型号一旦确认不要经常变更，必须变更的应该屡次确认。
三、杜绝、防止作业过失的发生，
四、加强每罩镜片的分光测试监控，设置戒备分光曲线，及时调整膜系。
五、测试比拟片管理加强，确保进罩镀膜的测试比拟片外表无污染、新鲜、外观到达规定要求。
在使用前，比照拟片作一次测试，测定其反射率〔仅测一个波长点就可以〕测定值与理论之比拟，一般测定值小于理论值〔腐蚀层影响〕，如果二值之间差异较大〔比方大于1%〕就应该考虑比照拟片再复新、或更换。
六、镜片的分光测试要在基片完全冷却后进展。
七、掌握晶控片敏感度变化规律，及时修正控制数据。
晶控片在新的时候与使用了假设干罩后的敏感度是不完全一样的，芯片的声阻抗值会有微小变化。
有些晶控仪〔如IC5〕可以设置自动修正，而大局部晶控仪没有自动修正声阻抗值的功能。
掌握了晶片敏感度的规律，可以在膜厚设置上矫正。
八、改善晶控探头的冷却效果，晶片在温度大于50℃时，测量误差较大。
九、采用离子辅助镀膜的工艺
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