專利名稱：光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于薄膜制程領(lǐng)域，特別涉及一種包含多層薄膜的光學(xué)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，薄膜制程技術(shù)廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)和光學(xué)元件上，由于利用薄膜制程技術(shù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有很高的附加值，使薄膜制程技術(shù)與薄膜材料被廣泛應(yīng)用于研究和實(shí)務(wù)。光學(xué)薄膜技術(shù)主要是利用不同屬性的介電質(zhì)或金屬膜，利用光干涉作用來(lái)改變光波傳遞特性，達(dá)成各種產(chǎn)品應(yīng)用的特性與需求。
通常，光學(xué)元件鍍膜制程包括鍍膜、研磨、切割、清洗等步驟，由于多層膜彼此之間應(yīng)力的存在，對(duì)其進(jìn)行切割時(shí)容易導(dǎo)致翹曲、缺陷及孔隙產(chǎn)生，影響切割后制程，由此導(dǎo)致成品良率不高、穩(wěn)定性差、可靠性低等缺點(diǎn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)提供一種減小薄膜濾波片成品殘余應(yīng)力的切割方法，其包括以下步驟先提供一輔助基底；在輔助基底表面涂覆一過(guò)渡層，該過(guò)渡層連接該輔助基底到工件的玻璃基底；從過(guò)渡層移除氣泡，使玻璃基底、玻璃基底上的膜堆、過(guò)渡層及輔助基底保持平行；再固化過(guò)渡層；將膜堆、玻璃基底、過(guò)渡層及輔助基底的組合切割成片；然后從切片移除過(guò)渡層部分和輔助基底部分。然而，光學(xué)元件膜層總厚度通常相當(dāng)厚，而玻璃基板厚度也越用越薄，從厚度1毫米到現(xiàn)今0.3毫米到未來(lái)0.175毫米甚至更小，使得鍍膜過(guò)程中多層膜彼此間應(yīng)力所導(dǎo)致問題，隨著尺寸變小越趨嚴(yán)重，因而，即使采用上述切割方法，在基底增加一輔助基底，仍然難以防止工件切割時(shí)，其膜堆從玻璃基底剝落。
多層薄膜彼此之間的應(yīng)力按薄膜應(yīng)力造成基板彎曲形變方向來(lái)區(qū)分，可將應(yīng)力分為張應(yīng)力(Tensile Stress)與壓應(yīng)力(Compressive Stress)。張應(yīng)力是當(dāng)薄膜施力向外伸張，而基板向內(nèi)壓縮使薄膜表面下凹，在張應(yīng)力作用下薄膜本身具有收縮的趨勢(shì)，如果膜層的張應(yīng)力超過(guò)薄膜的彈性限度，薄膜就會(huì)破裂、剝離基板而翹曲；壓應(yīng)力則相反，使膜表面外凸，在壓應(yīng)力作用下薄膜有向表面擴(kuò)張的趨勢(shì)，如果壓應(yīng)力到極限時(shí)，則會(huì)使薄膜向基板內(nèi)側(cè)卷曲，導(dǎo)致薄膜層起水泡?，F(xiàn)有技術(shù)提供一種具有多層薄膜的掩模，該掩模包含一形成在一基體上的多層薄膜，其中該多層薄膜包含多個(gè)周期，其中每一周期包含至少二層，一第一材料層及一第二材料層，其中每一層的厚度約為0.5nm至10nm，且其中每一周期各層中至少一層表現(xiàn)為壓應(yīng)力，及每一周期各層中至少一層表現(xiàn)為張應(yīng)力，且其中多層薄膜的應(yīng)力約為-50MPa至50MPa。然而，該掩模僅適合于可采用壓應(yīng)力及張應(yīng)力材料組合的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，并不能應(yīng)用于為達(dá)到預(yù)定光學(xué)特性而采用特定材料構(gòu)成的光學(xué)元件。
有鑒于此，有必要提供一種光學(xué)元件，使其所含多層薄膜的應(yīng)力可消除，以避免該應(yīng)力對(duì)基板及光學(xué)元件造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以實(shí)施例說(shuō)明一種光學(xué)元件。
以及通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明一種光學(xué)元件的制造方法。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種光學(xué)元件，其包括一基板，具有第一表面及相對(duì)于第一表面的第二表面；所述基板第一表面形成有第一組光學(xué)膜，包括具有預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層；所述基板的第二表面形成有第二組光學(xué)膜，包括具有與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層。
其中，所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層均構(gòu)成光學(xué)元件光學(xué)特性的有效層。
所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層分別包括按預(yù)定順序沉積形成的高折射率材料膜層和低折射率材料膜層。
所述高折射率材料膜層和低折射率材料膜層分別采用1/4波長(zhǎng)的光學(xué)厚度。
所述高折射率材料選自五氧化二鉭、氧化鈦、氧化鈮、硫化鋅、硅、鍺或碲化鉛；而低折射率材料選自二氧化硅、氧化鋁、氟化鎂、氟化釷、冰晶石或氧化鉿。
所述基板厚度范圍為0.1毫米至0.5毫米。
以及，一種光學(xué)元件的制造方法，其包括以下步驟提供一鍍膜源；將欲鍍膜的基板置于與鍍膜源相對(duì)的位置，在基板第一表面鍍上預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層，構(gòu)成第一組光學(xué)膜；
在基板相對(duì)于第一表面的第二表面鍍上與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層膜，構(gòu)成第二組光學(xué)膜。
其中，所述制造方法采用離子鍍膜法、射頻磁控濺鍍、真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法。
所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層均構(gòu)成光學(xué)元件光學(xué)特性的有效層。
所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層分別按預(yù)定順序沉積高折射率材料和低折射率材料而形成的；所述預(yù)定順序可采用交替沉積方式或間隔性交替沉積方式。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例提供的光學(xué)元件利用薄膜層厚度與其產(chǎn)生的應(yīng)力成一定比例關(guān)系的原理，在基板相對(duì)兩表面形成具有對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的光學(xué)薄膜組，通過(guò)對(duì)光學(xué)薄膜組中多個(gè)光學(xué)薄膜的厚度或?qū)訑?shù)的分配，來(lái)平衡基板兩表面所承受的應(yīng)力，即可消除光學(xué)元件中所有多層薄膜的整體應(yīng)力，避免該應(yīng)力對(duì)基板及光學(xué)元件造成損傷。
本實(shí)施例提供的光學(xué)元件的制造方法僅需在基板兩表面形成具有對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的光學(xué)薄膜組，即可消除光學(xué)元件中多層薄膜的應(yīng)力，不必采用一面鍍有效光學(xué)膜一面鍍光學(xué)無(wú)效的厚度補(bǔ)償膜的方法，因而具有制程簡(jiǎn)單，操作方便，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本技術(shù)方案實(shí)施例的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本技術(shù)方案實(shí)施例的光學(xué)元件制造方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，為本技術(shù)方案實(shí)施例提供的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)示意圖。光學(xué)元件1包括一基板10；以及分別形成在基板10上下兩表面的第一組光學(xué)膜20及第二組光學(xué)膜30。
其中，所述基板10具有第一表面11及相對(duì)于第一表面11的第二表面12；基板10可采用石英或光學(xué)玻璃材料?；?0厚度可選用0.1毫米至0.5毫米。
所述第一組光學(xué)膜20形成在基板10的第一表面11上，包括具有預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層21。所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層21分別包括按預(yù)定順序沉積形成的高折射率材料膜層(H)211和低折射率材料膜層(L)212；每層的光學(xué)厚度約為1/4波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)視光學(xué)元件1的功能而定，如對(duì)于一窄帶干涉濾光片，其波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)為需過(guò)濾的窄帶波段中心波長(zhǎng)。而高折射率材料膜層211和低折射率材料膜層212的沉積順序可按照光學(xué)元件1的光學(xué)特性要求來(lái)設(shè)定，常用的有交替沉積方式，使第一組光學(xué)膜20形成HLHLHL...結(jié)構(gòu)形式；或者間隔性交替沉積方式，即在交替沉積過(guò)程中間或重復(fù)上一層的沉積，如使第一組光學(xué)膜20形成HLH(HH)LHL(LL)...結(jié)構(gòu)形式，重復(fù)次序也需根據(jù)光學(xué)元件1的光學(xué)特性要求來(lái)確定。當(dāng)然本技術(shù)方案并不限于上沉積順序，不同光學(xué)特性要求的結(jié)構(gòu)可采用不同的沉積順序。
所述第二組光學(xué)膜30形成在基板10的第二表面12上，包括多個(gè)第二光學(xué)薄膜層31。所述多個(gè)第二光學(xué)薄膜層31具有與多個(gè)第一光學(xué)薄膜層21相對(duì)應(yīng)的厚度或?qū)訑?shù)，以平衡所述基板兩表面所承受薄膜層應(yīng)力。所述多個(gè)第二光學(xué)薄膜層31所采用的材料與多個(gè)第一光學(xué)薄膜層21所采用的材料相同或相對(duì)應(yīng)，可采用高折射率材料膜層(H)311和低折射率材料膜層(L)312，其所含膜層順序應(yīng)符合光學(xué)元件1的功能要求，從而使得第二組光學(xué)膜30與第一組光學(xué)膜20構(gòu)成光學(xué)元件1光學(xué)特性的有效層。當(dāng)?shù)诙M光學(xué)膜30與第一組光學(xué)膜20中各薄膜層厚度較為一致時(shí)，只需兩組具有相應(yīng)薄膜層數(shù)即可；顯然，如果光學(xué)元件1含有奇數(shù)高/低折射率材料膜層或者其中一組光學(xué)膜中膜層偏厚，則兩組光學(xué)膜可采用層數(shù)不等同的光學(xué)膜層，偏薄一組光學(xué)膜層數(shù)可具有相對(duì)較多的層數(shù)，使兩組光學(xué)膜20、30總體厚度較為一致，主要目的在于能平衡基板10兩表面11、12所承受第二組光學(xué)膜30與第一組光學(xué)膜20產(chǎn)生的應(yīng)力即可，以使該應(yīng)力對(duì)光學(xué)元件1產(chǎn)生的影響降到最小。如對(duì)于一光學(xué)薄膜總層數(shù)為38層的光學(xué)元件，包含19層厚度均勻的高折射率材料薄膜及19層厚度均勻的低折射率材料薄膜，按照本實(shí)施例的薄膜層分配方法，可在基板10第一表面11上按光學(xué)特性要求設(shè)置10層高折射率材料薄膜和9層低折射率材料薄膜，在基板10第二表面12按光學(xué)特性要求設(shè)置9層高折射率材料薄膜和10層低折射率材料薄膜，如此即能平衡基板10兩表面11、12所承受的應(yīng)力，使基板兩面薄膜產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)光學(xué)元件1產(chǎn)生的影響降到最小。
所述高折射率材料所選用的材料及其相應(yīng)折射率為五氧化二鉭(2.2)、氧化鈮(2.19)、硫化鋅(2.27)、氧化鈦(2.33)、硅(3.5)、鍺(4.0)以及碲化鉛(5.0)等；而低折射率材料所選用的材料及其相應(yīng)折射率為氟化鎂(1.38)、氟化釷(1.47)、冰晶石(1.35)、二氧化硅(1.47)、氧化鋁(1.63)、氧化鉿(1.85)等。
本實(shí)施例提供的光學(xué)元件1利用薄膜層厚度與其產(chǎn)生的應(yīng)力成一定比例關(guān)系的原理，在基板10相對(duì)兩表面11、12形成具有對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的光學(xué)薄膜組20、30，通過(guò)對(duì)上述多個(gè)光學(xué)薄膜21、31的厚度或?qū)訑?shù)的合理分配，來(lái)平衡基板10兩表面11、12所承受的應(yīng)力，也即消除光學(xué)元件1中所有多層薄膜的整體應(yīng)力，避免該應(yīng)力對(duì)基板10及光學(xué)元件1產(chǎn)生損傷。
請(qǐng)參閱圖2，是本技術(shù)方案提供的光學(xué)元件的制造方法流程圖。其包括以下步驟提供一鍍膜源；將欲鍍膜的基板置于與鍍膜源相對(duì)的位置；在基板第一表面鍍上預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層，構(gòu)成第一組光學(xué)膜；在基板相對(duì)于第一表面的第二表面鍍上與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層膜，構(gòu)成第二組光學(xué)膜。
步驟100提供一鍍膜源。該鍍膜源可采用蒸鍍?cè)?、濺鍍?cè)础胁牡?，?dāng)需鍍多層薄膜時(shí)，其通常包含多種材質(zhì)薄膜，因而，鍍膜源可相應(yīng)包括多種鍍膜源，則鍍膜源可采用多個(gè)鍍?cè)椿虬蓄^。
步驟200將欲鍍膜的基板置于與鍍膜源相對(duì)的位置，在基板第一表面鍍上預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層，構(gòu)成第一組光學(xué)膜。光學(xué)元件通常采用離子鍍膜法、射頻磁控濺鍍、真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法在一基底上鍍膜而成，基板厚度范圍為0.1毫米至0.5毫米。本實(shí)施例采用離子鍍膜法，基板厚度為0.3毫米。鍍膜前，調(diào)整好基板相對(duì)于鍍膜源的位置，并使基板第一表面相對(duì)于鍍膜源。為提高制程效率，可對(duì)多個(gè)基板同時(shí)進(jìn)行鍍膜，此時(shí)可采用目前常用的傘具式或行星式結(jié)構(gòu)的承載裝置，并配有一監(jiān)控鍍膜厚度的監(jiān)控裝置，以提高鍍膜膜厚控制精度。鍍膜時(shí)，先在基板第一表面鍍上預(yù)定厚度的光學(xué)薄膜層，包括高折射率材料膜層和低折射率材料膜層，分別采用1/4波長(zhǎng)的光學(xué)厚度，并可采用交替沉積方式或間隔性交替沉積方式，具體采用哪種沉積方式根據(jù)光學(xué)元件功能需求來(lái)定，如其采用并非完全交替的高折射率材料膜層和低折射率材料膜層，則可采用間隔性交替沉積方式，從而在基板第一表面形成按預(yù)定順序排列的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層，構(gòu)成第一組光學(xué)膜。
步驟300在基板相對(duì)于第一表面的第二表面鍍上與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層膜，構(gòu)成第二組光學(xué)膜。經(jīng)過(guò)步驟200，在基板第一表面鍍上第一組光學(xué)膜后，將基板翻轉(zhuǎn)，使基板第二表面相對(duì)于鍍膜源；然后開始對(duì)基板第二表面上鍍膜，采用與步驟200相對(duì)應(yīng)膜層沉積方法，形成與步驟200所鍍上的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層，即構(gòu)成第二組光學(xué)膜，以平衡所述基板兩表面所承受薄膜層應(yīng)力。本實(shí)施例中基板第一表面及第二表面所鍍的薄膜均為光學(xué)有效膜，即第一組光學(xué)膜與第二組光學(xué)膜共同實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的光學(xué)特性，但并不限于此種結(jié)構(gòu)，也可在基板第一表面形成能實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的光學(xué)特性的第一組光學(xué)膜，而第二組光學(xué)膜可設(shè)計(jì)為光學(xué)特性無(wú)效層，僅起到平衡基板兩表面所承受薄膜層應(yīng)力的作用，此法所鍍總膜層數(shù)相對(duì)較多，因而成本較高。
另外，本技術(shù)方案的光學(xué)元件的制造方法還可采用其它流程，如可輪流在基板第一表面及第二表面鍍上相應(yīng)預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的薄膜層，此種制程對(duì)設(shè)備要求較高，且操作相對(duì)較為繁雜，但可避免單面鍍有較多層薄膜時(shí)即產(chǎn)生應(yīng)力而對(duì)基板造成損傷。
本實(shí)施例提供的光學(xué)元件的制造方法僅需在基板兩表面形成具有對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的光學(xué)薄膜組，即可平衡基板兩表面所承受的應(yīng)力，不必采用一面鍍有效光學(xué)膜一面鍍光學(xué)無(wú)效的厚度補(bǔ)償膜的方法，因而具有制程簡(jiǎn)單，操作方便，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，其包括一基板，具有第一表面及相對(duì)于第一表面的第二表面；其特征在于所述基板第一表面形成有第一組光學(xué)膜，其包括具有預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層；所述基板的第二表面形成有第二組光學(xué)膜，其包括具有與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層均構(gòu)成光學(xué)元件光學(xué)特性的有效層。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層分別包括按預(yù)定順序沉積形成的高折射率材料膜層和低折射率材料膜層。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于所述高折射率材料膜層和低折射率材料膜層采用1/4波長(zhǎng)的光學(xué)厚度。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于所述高折射率材料選自五氧化二鉭、氧化鈦、氧化鈮、硫化鋅、硅、鍺或碲化鉛。
6.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于所述低折射率材料選自二氧化硅、氧化鋁、氟化鎂、氟化釷、冰晶石或氧化鉿。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其特征在于所述基板厚度范圍為0.1毫米至0.5毫米。
8.一種光學(xué)元件的制造方法，其包括以下步驟提供一鍍膜源；將欲鍍膜的基板置于與鍍膜源相對(duì)的位置，在基板第一表面鍍上預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層，構(gòu)成第一組光學(xué)膜；在基板相對(duì)于第一表面的第二表面鍍上與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第二光學(xué)薄膜層膜，構(gòu)成第二組光學(xué)膜。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所述制造方法采用離子鍍膜法、射頻磁控濺鍍、真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層均構(gòu)成光學(xué)元件光學(xué)特性的有效層。
11.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層與多個(gè)第二光學(xué)薄膜層分別按預(yù)定順序沉積高折射率材料和低折射率材料而形成的。
12.如權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所述預(yù)定順序采用交替沉積方式或間隔性交替沉積方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)元件，其包括一基板，具有第一表面及相對(duì)于第一表面的第二表面；該基板第一表面形成有第一組光學(xué)膜，其包括具有預(yù)定厚度或?qū)訑?shù)的多個(gè)第一光學(xué)薄膜層；該基板的第二表面形成有第二組光學(xué)膜，其包括多個(gè)第二光學(xué)薄膜層，該多個(gè)第二光學(xué)薄膜層具有與所述多個(gè)第一光學(xué)薄膜層相對(duì)應(yīng)厚度或?qū)訑?shù)，以平衡所述基板兩表面所承受薄膜層應(yīng)力。本發(fā)明還提供上述光學(xué)元件的制造方法。
文檔編號(hào)C23C14/00GK1873446SQ20051003513
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者張慶州 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司