一种任意厚度膜系的监控方法与流程

1.本发明涉及一种任意厚度膜系的监控方法，属于薄膜制造技术。


背景技术：

2.在光学薄膜制备中，薄膜折射率(n)和光学厚度(nd)的监控是最重要的两个环节。
3.光学薄膜的工作原理是基于光在薄膜中的干涉现象，如图1所示，其干涉强度随着不同折射率的膜层的光学厚度而变化。当光学厚度等于λ0/4或λ0/4奇数倍时，干涉最强；当光学厚度等于零或λ0/4偶数倍时，干涉为零。更具体地说，当光学厚度为λ0/4奇数倍时，若膜层折射率大于基底折射率(如1.52)，则反射率取得极大值，反之为极小值；当光学厚度为零或λ0/4偶数倍时，若膜层折射率大于基底折射率，则反射率取得极小值，反之为极大值。利用薄膜蒸镀过程中干涉取得的反射(透射)极大值或极小值来监控薄膜厚度的方法称之为极值法。这种极值法早在1952年由polster提出，至今，在几乎所有的多层镀膜机中，毫不例外地都安装着这种极值法监控装置，成为使用最方便、应用最广泛的一种膜厚监控系统。
4.极值法的监控原理可简单举例如下，若用单色仪选择监控波长λ0＝600nm，则对n＝2的高折射率膜出现第1个反射极大值时，其光学厚度nd＝λ0/4＝150nm，几何厚度d＝150nm/2＝75nm；出现第2个反射极小值时，nd＝λ0/2＝300nm，d＝150nm；出现第3个反射极大值时，nd＝3λ0/4＝450nm，d＝225nm；等等。类似地，低折射率膜也可同样获得对应的膜厚。这意味着通过选择监控波长和极值个数，各种厚度的单层膜都可随意监控，甚至对由λ0/4和λ0/4倍膜层组成的规整多层膜亦都可随意监控。因为规整多层膜的光学厚度都是λ0/4或λ0/4倍膜层，所以可简单地选用一个监控波长在同一块监控片上镀完整个多层膜，这使极值法监控具有一个极其独特的优势，这就是每层薄膜监控时不可避免地产生的光学厚度误差都能得到自动补偿，即前一层膜的不足(或过正)能用后一层膜的过正(或不足)进行自动补偿。这种补偿机制使得整个膜系最终的光学厚度结累误差几乎等于零，使极值法监控获得优良的光学特性，特别是在诸如波分复用超窄带滤光片的制备中可获得极高的波长定位精度，这是其他任何监控方法所无法实现的。
5.然而，随着薄膜自动优化设计的深入研究和广泛应用，迄今可以毫不夸张地说，任何复杂的薄膜系统几乎都能设计出来。遗憾的是，自动设计使得最终优化膜系的所有膜层折射率通常都是任意折射率，膜层厚度都是非规整的任意厚度，即非λ0/4或λ0/4倍膜层，受制于有限的薄膜材料和非规整任意厚度的监控技术，许多设计性能非常优良的多层膜却无法制造出来。现今，对非规整的任意厚度膜系都是借助于更换监控片来实现的，即使在很高档的镀膜机中也是如此，一般都需要采用一块监控片来监控一层膜的厚度，这不仅因为更换监控片而延长了每层膜的制备时间，而且大大增加了监控片的损耗，更为重要的是失去了极其关键的膜厚自动补偿机制。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种任意厚度膜系的监控方法，对不能直接采用极值法监控的任意
厚度膜系，通过薄膜软件模拟计算寻找出新的极值波长，并选择合适的极值监控波长，然后改变各层膜的极值监控波长完成整个任意厚度膜系的厚度监控，从而实现了用极值法监控任意厚度的非规整膜系，这种方法虽然需要更換监控波长，但却可在一块监控片上镀完整个非规整多层膜，于是克服了用一块监控片监控一层膜厚带来的缺陷，更重要的是这种方法仍能保留极值法的厚度自动补偿机制。
7.本发明的目的是提出一种任意厚度膜系的监控方法，通过薄膜设计软件的模拟计算，重新寻找出每层膜的极值波长和极值监控波长，就能实现用传统的极值法监控任意厚度膜系，这对非规整膜系的厚度监控及其实际制备具有重要的现实意义。
8.为实现上述目的，本发明的构思如下：
9.采用一层膜更换一块监控片的方法成功实现了任意厚度膜系的厚度监控，虽说这种方法并无太大的先进性，但仍是一个重要的进步，因为毕竟实现了任意厚度膜系的监控和制造。然而，为此却也付出了不小的代价：(1)、因为每层膜需要更换监控片而延长了制备时间；(2)、大大增加了监控片的损耗，若任意厚度膜系的层数为50层，则需要消耗50片监控片，成本大大提高；(3)、原来极值法的膜厚监控系统必须进行硬件改造，需要增加一个复杂的监控片储藏及转换系统；(4)、失去了极值监控的膜厚自动补偿机制；(5)、这种任意厚度膜系各层膜的监控是以预先计算的理论反射率定值作为判据进行厚度监控的，故称之为定值法，但定值法的定值取决于膜层折射率，若实际制备的膜层折射率偏离设计值，必然引入厚度监控误差；(6)、最后，还会引入新的薄膜成核误差。所谓薄膜成核误差是这样的：每层膜更换一块新监控片，但是尚无镀膜的新监控片与已镀膜的光学器件两者的成膜条件是不一样的，在无膜的新监控片上镀膜需要经历一个成核-核扩大-变成连续膜的过程后才会开始增加膜厚，而已镀膜的器件一开始就直接增加膜厚了，两者的膜厚差对氧化物硬膜可控制在5％以下，但对诸如凝聚系数较小的zns软膜可达20％以上，这个成核误差导致正式镀膜的光学器件上的膜厚产生过正。
10.本发明在深入分析上述监控方法的基础上提出了一种新的任意厚度膜系监控方法。通过薄膜软件tfc模拟待监控的任意厚度膜系的每一层膜的实际镀制过程，即把每一层较薄的膜厚等分成q＝10个子层或把每一层较厚的膜厚等分成q＝20个子层(q视精度要求可以更大)，然后计算出随q增大时的各条反射率光谱曲线，并从中寻找出每一层膜到达正确厚度q＝10或q＝20时的新极值波长。为确保新极值波长正确无误，一般q需计算到11或21，也就是说，q计算到每一层膜的正确厚度10或20以后，还须额外多算1～2条反射率光谱曲线。寻找出每一层膜的新极值波长后即可选择合适的厚度监控波长。监控波长通常会出现三种情况：一是在监控波段范围内获得唯一的反射极值波长作为该层任意厚度膜层的厚度监控波长；二是在监控波段范围内膜层能同时获得多个反射极值波长，选择一个最合适的反射极值波长作为厚度监控波长；三是在监控波段范围内尚不出现反射极值，此时需要根据计算机模拟的反射特性，寻找出一个随该膜层厚度增加时反射率变化比较灵敏的波长作为厚度监控波长，根据监控波长上计算的理论反射率定值直接进行厚度监控。
11.一旦任意厚度膜系各层膜的监控波长都确定后，即可进行实际制备。制备时只要依次改变各层膜预先确定的厚度监控波长，就可实现用一块监控片借助于极值法(个别层或要定值法补充)完成整个任意厚度膜系的厚度监控，这种方法虽然需要更換监控波长，但由于可在一块监控片上镀完整个任意厚度膜系，因此克服了现有技术的用一块监控片监控
一层膜厚带来的缺点，包括无需每层膜都更换监控片而缩短制备时间；完成一个任意厚度膜系制备只消耗1片监控片，降低了制造成本；更重要的是，无需对原有的极值法膜厚监控系统进行复杂的硬件改造；用一块监控片监控还能保留原来极值法的厚度误差自动补偿机制；与极值法一样，膜层折射率偏离不会引入光学厚度监控误差；也不会引入新的薄膜成核误差等。上述借助于计算机模拟重新寻找出任意厚度膜系每层膜的极值波长和监控波长可以实现任意厚度膜系的厚度监控，这种在保留极值法主要优点的前提下，仅通过寻找新的极值点和改变每层膜的监控波长来完成整个任意厚度膜系的监控方法对非规整膜系的厚度监控及其实际制备具有重要的实用意义。
12.具体地说，本发明所采取的技术方案是：
13.一种任意厚度膜系的监控方法。对一个新设计的任意厚度膜系，由于其各层膜的光学厚度是非λ0/4或非λ0/4倍的非规整多层膜，故不能用传统的极值法进行厚度监控，为此，在第一次实际制备之前，首先需要采用商用薄膜设计软件tfc模拟实际蒸镀过程，计算出每层膜随着厚度增加时监控波段内的反射率光谱曲线，并寻找出每层膜达到正确厚度时的反射率极值，然后对每层膜选择一个合适的极值波长作为其厚度监控波长，最后就可用每层膜的厚度监控波长借助于传统的反射极值法监控制备任意厚度的多层膜。所述的极值可以是极大值，也可以是极小值。任意厚度膜系的非规整厚度监控就像传统极值法一样，仅需一块监控片即可。
14.厚度监控波长具体可分为以下三种情况：第一种情况是，在监控波段范围内，膜层能获得唯一的反射极值波长作为该层任意厚度膜层的厚度监控波长；第二种情况最常见，若膜层足够厚或监控片上淀积的膜厚己足够大，则在监控波段范围内膜层能同时获得多个反射极值波长，根据极值和极值波长的特征，选择一个最合适的反射极值波长作为厚度监控波长；第三种情况很少见，若膜层足够薄或监控片上淀积的膜厚足够小，致使在监控波段范围内不致出现反射极值，这种情况常发生在膜系的前几层中，此时需要根据计算机模拟的反射特性变化，寻找出一个随该膜层厚度增加时反射率变化比较灵敏的波长作为厚度监控波长，根据监控波长上计算的理论反射率直接进行厚度监控，即定值监控。
15.进一步地，一种任意厚度膜系的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
16.1)采用薄膜设计软件设计膜系，如果设计的膜系为非规整膜系，采用薄膜设计软件模拟计算出非规整膜系中的每层膜在不同厚度时在监控波段范围内各个波长的反射率光谱曲线，得到每层膜的各个反射率光谱曲线；
17.2)从每层膜的各个反射率光谱曲线寻找出每层膜达到正确厚度时的反射率极值，然后从反射率极值选择一个合适的极值作为膜层的厚度监控波长，根据膜层的厚度监控波长监控设计的膜系的制造；
18.当每层膜的各个反射率光谱曲线中不能寻找出每层膜达到正确厚度时的反射率极值，采用定值监控控制设计的该膜层的制造。
19.进一步地，所述设计的膜系为非规整膜系，即非四分之一倍数的膜系。所述设计的膜系为多层减反射膜。
20.进一步地，根据膜厚监控系统的光谱灵敏度确定监控波段范围，本发明的监控波段范围优选为400～900nm。
21.进一步地，任意厚度膜系在监控波段范围内均为透明介质膜，不包括强吸收膜。
22.进一步地，所述的反射率光谱曲线以监控波段范围为横坐标，反射率为纵坐标。
23.进一步地，所述的不同厚度是指设计的每层膜根据厚度分成q等份，在1等份厚度至q 1等份厚度下计算在监控波段范围内各个波长的反射率光谱曲线。q为10～30，通常选10或20。
24.进一步地，步骤2)中，从每层膜的各个反射率光谱曲线寻找出每层膜达到正确厚度时的反射率极值，具体包括：
25.将每层膜的q等份厚度下的反射率光谱曲线与每层膜的各个反射率光谱曲线中除q等份厚度下的反射率光谱曲线以外的曲线比较，找反射率极值。
26.进一步地，步骤2)中，从反射率极值选择一个合适的极值作为膜层的厚度监控波长，具体包括：
27.第一种：反射率极值为一个，则直接作为膜层的厚度监控波长；
28.第二种：反射率极值为多个，根据极值和极值波长的特征，选择一个最合适的反射极值波长作为厚度监控波长。
29.进一步地，这种任意厚度膜系的监控方法可以采用反射极值监控，也可根据能量守恒，方便地推广到透射极值监控。这种任意厚度膜系的监控方法特别适用于监控任意厚度的多层减反射膜。
30.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
31.对于不能用传统极值法进行厚度监控的任意厚度膜系，若采用商用薄膜设计软件tfc模拟计算出每层膜随着厚度增加时各个波长的反射率光谱曲线，并从中寻找出每层膜正确厚度时的反射率极值，选择一个最合适的极值波长作为其厚度监控波长，则就可用此厚度监控波长借助传统反射极值法监控任意厚度的多层膜。这使任意厚度膜系的非规整厚度监控就像传统极值法一样，仅需要一块监控片，于是在保留极值法主要优点的前提下，实现整个任意厚度膜系的厚度监控。监控极值可以是极大值，也可以是极小值；可以是反射极值，也可以是透射极值。这种任意厚度监控方法不仅简单易行，而且成本降低，毫无疑问，这是一种借助于计算机预先模拟得到的能够胜任任意厚度膜系监控的巧妙的极值方法。
32.下面不妨列出表1作一对比。从表1可以清楚看出，本发明的任意厚度膜系监控方法相比于现有技术的任意厚度膜系监控方法更具优越性，它是在现有技术的传统极值法和现有技术的任意厚度膜系监控法的基础上发展起来的，具有取长补短的优势和特点。
33.表1
34.附图说明
35.图1是各种折射率薄膜的反射率与膜厚的计算曲线图。
36.图2是一个15层glass|(hl)3hllh(lh)3|air干涉滤光片的厚度监控计算例子，h、l分别表示λ0/4光学厚度的高、低折射率膜：tio2(n＝2.3)和mgf2(n＝1.38)，间隔层为ll。
37.图3是图2所示膜系中的第1层tio2膜的厚度误差自动补偿过程的简单说明图。
38.图4是本发明作为实施例的四层任意厚度的窄可见光区和850nm双波段减反射膜。
39.图5是本发明图4的四层任意膜厚的双波段减反射膜第一层膜的模拟计算的反射率光谱曲线。
40.图6是本发明图4的四层任意膜厚的双波段减反射膜第二层膜的模拟计算的反射率光谱曲线。
41.图7是本发明图4的四层任意膜厚的双波段减反射膜第三层膜的模拟计算的反射率光谱曲线。
42.图8是本发明图4的四层任意膜厚的双波段减反射膜第四层膜的模拟计算的反射率光谱曲线。
具体实施方式
43.λ0/4或λ0/4倍膜厚的规整膜系的极值监控已经非常成熟，其优点是可以简单地选
用一个监控波长在同一块监控片上镀完整个多层膜系，这不仅使制备成本最低，而且工艺最简单。图2是一个15层glass|(hl)3hllh(lh)3|air干涉滤光片的厚度监控计算例子，h、l分别表示λ0/4光学厚度的高、低折射率膜：tio2(nh＝2.3)和mgf2(n
l
＝1.38)，间隔层为ll，监控波长为λ0＝600nm。由图2，显然各层膜厚终止点均为极值点。这种釆用一块监控片的极值法具有厚度误差自动补偿机制，即前一层膜的不足(或过正)能用后一层膜的过正(或不足)进行自动补偿，从而确保滤光片中心波长精确定位于600nm。图3是图2所示膜系中的第1层tio2膜的厚度误差自动补偿过程的简单说明：在图3a)中，第1层tio2膜恰好正确地终止在反射极大值点，镀第2层mgf2膜时没有厚度误差补偿；而在图3b)中，因第1层tio2膜不足λ0/4(即几何厚度不足10nm)，即在没有达到极大值点时就提前终止了，这时镀第2层mgf2膜时就会先补偿tio2膜的不足部分到极大值点，然后再镀自己的λ0/4mgf2到极小值，这相当于第1层膜是由不足的厚tio2和补偿的薄mgf2共同构成λ0/4的；而在图3c)中，第1层tio2膜产生λ0/4过正(即几何厚度过正10nm)，即过了极大值点才终止，这时镀第2层mgf2膜时就会以自已的不足来补偿tio2膜的过正部分，直接接续剩余的mgf2到极小值，这相当于第2层膜是由过正的薄tio2和mgf2共同构成λ0/4的。这就是第1层tio2膜厚度误差由第2层mgf2膜补偿的过程。类似地，第2层、第3层
…
的误差补偿过程也类似。注意：图2和图3的横坐标都是物理厚度。
44.极值法有一个显而易见的缺点：就是在极值点附近的膜厚增量δnd引起的反射率变化δr接近于零，或者说在极值点反射率对光学厚度的导数等于零，这将导致厚度监控误差增大，这是极值法监控原理所固有的一个缺陷，正是由于极值法的厚度误差自动补偿机制基本消除了上述极值法自己的这一缺陷，显示出很强的生命力。
45.遗憾的是，极值法在监控规整膜系时的厚度误差自动补偿在监控非规整的任意厚度膜系时反而会转变成一种障碍。举一个简单的例子就可理解：假设第1层tio2膜的光学厚度n
hdh
＝100nm，而第2层mgf2膜的光学厚度n
ldl
＝120nm，这是一种最简单的非规整任意厚度双层膜系。为监控第1层tio2膜的厚度，可选监控波长λ0＝400nm，达到第1个反射极大值即为λ0/4＝400/4＝100nm，故第1层监控非常方便；但问题是接着镀第2层mgf2时也只能监控到100nm，因为缺少极值判据条件无法得到120nm，这使第2层mgf2膜厚度产生20nm的不足。于是有人把第2层mgf2膜的监控波长λ
’0调成120nm
×
4＝480nm，但一旦监控波长λ
’0变成480nm，相当于第1层tio2膜的厚度已不足λ
’0/4，于是镀第2层mgf2时势必先自动补偿第1层tio2膜的厚度到120nm，然后再镀自已的λ
’0/4mgf2到120nm，这又使第1层tio2膜的厚度产生20nm的过正。这就是现有技术监控任意厚度膜系时为什么需要一层膜更换一块监控片的理由，目的正是要截断膜层与膜层之间的自动补偿机制。
46.采用一层膜更换一块监控片的方法成功实现了任意厚度膜系的厚度监控，虽说这种方法并无太大的先进性，但仍是一个重要的进步，因为毕竟实现了任意厚度膜系的监控和制造。然而，为此却也付出了不小的代价：(1)、因为每层膜需要更换监控片而延长了制备时间；(2)、大大增加了监控片的损耗，若任意厚度膜系的层数为50层，则需要消耗50片监控片，成本大大提高；(3)、原来极值法的膜厚监控系统必须进行硬件改造，需要增加一个复杂的监控片储藏及转换系统；(4)、失去了极值监控的膜厚自动补偿机制；(5)、这种任意厚度膜系各层膜的监控是以预先计算的理论反射率定值作为判据进行厚度监控的，故称之为定值法，但定值法的定值取决于膜层折射率，若实际制备的膜层折射率偏离设计值，必然引入
厚度监控误差；(6)、最后，还会引入新的薄膜成核误差。所谓薄膜成核误差是这样的：每层膜更换一块新监控片，但是尚无镀膜的新监控片与已镀膜的光学器件两者的成膜条件是不一样的，在无膜的新监控片上镀膜需要经历一个成核-核扩大-变成连续膜的过程后才会开始增加膜厚，而已镀膜的器件一开始就直接增加膜厚了，两者的膜厚差对氧化物硬膜可控制在5％以下，但对诸如凝聚系数较小的zns软膜可达20％以上，这个成核误差导致正式镀膜的光学器件上的膜厚产生过正。
47.本发明在深入分析上述监控方法的基础上提出了一种新的任意厚度膜系监控方法。通过薄膜软件tfc模拟待监控的任意厚度膜系的每一层膜的实际镀制过程，即把每一层较薄的膜厚等分成q＝10个子层或把每一层较厚的膜厚等分成q＝20个子层(q视精度要求可以更大)，然后计算出随q增大时的各条反射率光谱曲线，并从中寻找出每一层膜到达正确厚度q＝10或q＝20时的新极值波长。为确保新极值波长正确无误，一般q需计算到11或21，也就是说，q计算到每一层膜的正确厚度10或20以后，还须额外多算1～2条反射率光谱曲线。寻找出每一层膜的新极值波长后即可选择合适的厚度监控波长。监控波长通常会出现三种情况：一是在监控波段范围内获得唯一的反射极值波长作为该层任意厚度膜层的厚度监控波长；二是在监控波段范围内膜层能同时获得多个反射极值波长，选择一个最合适的反射极值波长作为厚度监控波长；三是在监控波段范围内尚不出现反射极值，此时需要根据计算机模拟的反射特性，寻找出一个随该膜层厚度增加时反射率变化比较灵敏的波长作为厚度监控波长，根据监控波长上计算的理论反射率定值直接进行厚度监控。
48.一旦任意厚度膜系各层膜的监控波长都确定后，即可进行实际制造。制造时只要依次改变各层膜预先确定的厚度监控波长，就可实现用一块监控片借助于极值法(个别层或要定值法补充)完成整个任意厚度膜系的厚度监控，这种方法虽然需要更换监控波长，但由于可在一块监控片上镀完整个任意厚度膜系，因此克服了现有技术的用一块监控片监控一层膜厚带来的缺点，包括无需每层膜都更换监控片而缩短制备时间；完成一个任意厚度膜系制备只消耗1片监控片，降低了制造成本；更重要的是，无需对原有的极值法膜厚监控系统进行复杂的硬件改造；用一块监控片监控还能保留原来极值法的厚度误差自动补偿机制；与极值法一样，膜层折射率偏离不会引入光学厚度监控误差；也不会引入新的薄膜成核误差等。上述借助于计算机模拟重新寻找出任意厚度膜系每层膜的极值波长和监控波长可以实现任意厚度膜系的厚度监控，这种在保留极值法主要优点的前提下，仅通过寻找新的极值点和改变每层膜的监控波长来完成整个任意厚度膜系的监控方法对非规整膜系的厚度监控及其实际制备具有重要的实用意义。
49.作为具体的实施例子，本发明选择一个膜层数较少、但代表性较强的用于安防摄像系统的双波段减反射膜。对一个典型的日夜兼用的摄像监控系统，其摄像镜头需要透射450～630nm的窄可见光和850nm或940nm的近红外光，这种主动式的近红外摄像技术利用850nm或940nm的近红外led灯进行照明补光，产生人眼看不见而摄像机能捕捉到的近红外光图像。虽然波长850nm的led灯夜间使用时近距离可以发现其微弱的暗红色光，这种现象称为“红暴”，但是由于850nm led灯发射功率大，不仅工作距离比940nm远，而且光感应度要比940nm强10倍左右，所以只有在隐蔽要求极高的场合才使用无“红暴”的940nm led灯，这使得850nm led灯成为当今安防市场应用的主流。
50.图4是本发明作为实施例的四层任意厚度的450～630nm窄可见光区和850nm双波
段减反射膜的分光反射率曲线，其膜系结构以及膜层极值波长和厚度监控波长汇总列于下表2。
51.表2
[0052][0053]
从表2可知，实施例膜系中每层膜的光学厚度都是非规整的任意厚度膜，虽然该膜系层数仅为4层，但其光学厚度差异大、极值波长分布广、监控波长有极值和定值、且包含一级次和高级次干涉监控，代表性很强。
[0054]
由于实施例膜系每层膜的光学厚度都是任意厚度的非λ0/4膜，故不能用传统的极值法以监控波长λ0进行厚度监控，为此，在第一次实际制备之前，首先需要采用商用薄膜设计软件tfc模拟实际蒸镀过程，计算出每层膜随着厚度增加时监控波段内的反射率光谱曲线，图5、图6、图7和图8分别是对本实施例膜系模拟计算的第1、第2、第3和第4层膜的反射率光谱曲线。具体计算时，对较薄的膜厚可以把光学厚度等分成q＝10个子层进行计算，q从0逐渐增加到10表示该薄膜实际蒸镀时厚度从0不断增厚到q＝10时达到正确厚度。q视精度要求可以等分成更多子层，一般取q＝20，对精度要求较高且厚度较大的膜层，q可取值更大，但q越大，计算的反射率光谱曲线太多太密，反而会给寻找极值波长带来困难，因为这个原因，q常取10或20，而且反射率光谱曲线通常仅显示正确厚度附近的一些曲线，只要能判别出极值波长就行了。为确保极值波长判断正确，不产生误判，q在计算到每层膜的正确厚度10或20以后需再额外多算1～2条反射率光谱曲线，这里若仅多算1条，则就是q＝11或21。
[0055]
接着就可从模拟计算的反射率光谱曲线图中寻找每一层膜的极值波长，并由极值波长确定监控波长。图5是对本实施例膜系第1层mgf2膜模拟计算的反射率光谱曲线。由图5可看出，第1层mgf2膜的极值波长有2个：422.6nm(极大值)和845.2nm(极小值)。因为这是监控片上的第1层膜，极值判断很简单，有经验的人不用模拟计算也能知道，只要第1层mgf2膜的光学厚度211.3nm
×
4＝845.2nm是一级次极值(图5中细实线所示)，即反射(r)从极大值变化到极小值即得到正确厚度211.3nm。图5模拟计算的q＝9、10和11三条反射率曲线中，在波长845.2nm，q＝10确是极小值。或者211.3nm
×
2＝422.6nm是二级次极值(图5中粗实线所示)，即反射(r)从极大变化到极小再变化到极大才得到正确厚度211.3nm。图5的q＝9、10和11三条反射率曲线中，在波长422.6nm，q＝10是极大值。图5若画出q从0到11的全部反射率光谱曲线，二级次极值的变化过程就能看清楚。相比第1层mgf2膜的2个极值波长，二级次极值波长422.6nm优于一级次极值波长845.2nm，因为同样的厚度变化，二级次极值的反射率
变化更大，更易于判读，故第1层mgf2膜监控波长优选为422.6nm。
[0056]
图6是对本实施例膜系第2层al2o3膜模拟计算的反射率光谱曲线。由图6可以看出，因第2层al2o3膜较薄，尚未完全出现极值。虽在波长420nm似乎有个极值，但q＝11与q＝10两条反射曲线基本上是粘合的，所以实际上沒有极值。这种情况只能采用定值监控，若选择波长650nm，则反射定值从1.9％(见图5)上升到9.9％(见图6)即终止蒸镀。这种定值监控有一个缺点，若实际蒸镀的al2o3膜折射率偏离理论设计值1.62，则定值9.9％会产生变化，从而引入一定的厚度误差。而极值法监控是不会引入这种误差的，因为极值法监控的判断依据不是定值反射率，而是极值点，即nd＝λ0/4或λ0/4倍厚度，所以即使膜层折射率n偏离理论设计值，但折射率n和物理厚度d的乘积是始终保持不变的。
[0057]
图7是对本实施例膜系第3层zro2/y2o3混合膜模拟计算的反射率光谱曲线。为改善zro2的蒸镀特性，且折射率更加稳定，第3层膜采用混合比为1:1的zro2/y2o3混合膜。由图7可以看出，因第3层zro2/y2o3混合膜较厚，故在监控波段范围400～900nm内共有5个极值：依次分别为430(极大)、484(极小)、562(极小)、658(极大)和792(极小)，这些极值只能通过模拟计算才能找到。在这5个极值波长中，从反射率信号变化看，选择430(极大)、658(极大)和792(极小)作为监控波长都是合适的，但考虑到折射率色散的影响，选择与第1层监控波长422.6nm比较接近的430nm更合理些，故优选430nm作为监控波长(用粗直线表示)。当监控波长为430nm时，反射信号的变化规律为：极大
→
极小
→
极大
→
极小
→
极大
→
极小
→
极大，是一个六级次的高级次极值监控。这个六级次的极值变化过程需要在图7中画出q从0到21的全部反射率光谱曲线才能看到，但对有经验的薄膜工作者容易从第3层zro2/y2o3混合膜的光学厚度和监控波长估算出来，故这里省去了图7中太多太密的反射率光谱曲线。
[0058]
图8是对本实施例膜系第4层mgf2膜模拟计算的反射率光谱曲线。由图8可以看出，第4层mgf2膜的极值波长也有2个：524nm(极小值)和592nm(也是极小值)。相比这2个极值波长，从反射信号变化和材料色散考虑，优选524nm作为监控波长，其反射信号变化为从极大值
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极小值。
[0059]
任意厚度膜系各层膜的监控波长都确定后，即可进行实验制备。制备时只要按表2所列依次改变各层膜的厚度监控波长和监控干涉级次，就可实现用一块监控片借助于极值法(第2层al2o3膜需用定值法补充)完成整个任意厚度膜系的厚度监控，这种方法虽然需要更换监控波长，但由于可在一块监控片上镀完整个任意厚度膜系，因此克服了用一块监控片监控一层膜厚带来的缺陷，即无需每层膜都更换监控片而大大缩短了制备时间；一个任意厚度膜系只消耗1片监控片，制造成本大大降低；更重要的是，无需对原有的极值法膜厚监控系统进行硬件改造；用一块监控片监控保留了原来极值法的厚度误差自动补偿机制；若实际制备的膜层折射率偏离理论设计值，不会引入定值变化所产生的厚度监控误差；也不会引入更换监控片所产生的薄膜成核误差。这对任意厚度膜系的膜厚监控和器件制造，特别是任意厚度的多层减反射膜监控和制造具有重要的实际价值。