Оптические тонкие пленки на подложке сложной геометрии

Технология химического осаждения из паровой фазы при низком давлении (LPCVD) нового поколения позволяет изготавливать покрытия интерференционных фильтров, такие как одноволновые, двухполосные и широкополосные противоотражающие покрытия, покрытия с холодным зеркалом, дихроичные и проводящие. Усовершенствованный тонкопленочный процесс IsoDyn™, разработанный компанией Deposition Sciences, Inc. (DSI), в настоящее время используется для производства конформных покрытий на подложках сложной геометрии. Эта возможность открывает множество новых применений, которые могут потребовать однородных многослойных покрытий сложной формы, от простых шариковых линз до практически любой оптической формы, которую только можно вообразить.

Благодаря широкому охвату длин волн от 300 нм до 5 мкм новая технология тонких пленок LPCVD открывает двери для новых оптических разработок. Подобные конструкции, возможно, не рассматривались в прошлом из-за ограничений более распространенных методов осаждения, таких как испарение или распыление. Хотя эти методы осаждения превосходны для некоторых применений, они не могут сравниться с конформным покрытием и однородностью покрытия, которые LPCVD предлагает для неплоских и асимметричных оптических компонентов (рис. 1).

Процесс химического осаждения из паровой фазы IsoDyn при низком давлении аналогичен технологии, обычно используемой в полупроводниковой промышленности. Он был оптимизирован для получения высококачественных оптических покрытий с низким содержанием частиц и без пор, с превосходным качеством поверхности. Качество царапания/копания поверхности подложки не ухудшается в результате осаждения, и могут быть получены пленки с низкой шероховатостью поверхности (т.е. < 5 нм).

LPCVD — это, по сути, термический процесс, используемый для осаждения тонких пленок из газофазных предшественников при давлениях ниже атмосферного. Осаждение происходит путем диффузии реагентов на нагретую поверхность подложки, где происходит необратимая поверхностная реакция. Химическая реакция на поверхности может быть одним из ряда возможных механизмов, включая термическое разложение (пиролиз), восстановление, гидролиз, окисление, науглероживание и нитридирование. Горячий субстрат, температура которого обычно превышает 400°C, обеспечивает энергию для протекания реакции.

LPCVD отличается от других процессов осаждения, таких как испарение, распыление и даже атмосферное химическое осаждение из паровой фазы (CVD), рядом важных и преимуществ. Методы физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как испарение и напыление, ограничены геометрией прямой видимости и не могут использоваться для покрытия глубоко утопленных форм. LPCVD, с другой стороны, может легко обеспечить равномерное покрытие на подложках любой формы, включая глубоко утопленные формы и даже трубы, благодаря небольшой длине свободного пробега. Средняя длина свободного пробега, среднее расстояние между столкновениями молекул, для LPCVD на много порядков меньше, чем для PVD. Это означает, что до встречи с подложкой между атомами и молекулами в газовой фазе происходит гораздо больше столкновений. Хотя для описания PVD-процессов часто используется модель «бильярдного шара», CVD больше сравнима с течением жидкости по трубе. Проще говоря, при использовании LPCVD все открытые поверхности «намокнут». Более того, LPCVD не требует высокого вакуума (очень низкого давления), который необходим для PVD.

По сравнению с атмосферным CVD, LPCVD обеспечивает более однородные конформные покрытия. Благодаря пониженному давлению и повышенным температурам осаждения, используемым в LPCVD, температуропроводность велика, что способствует равномерному распределению реагентов в пределах заданного поперечного сечения камеры осаждения. Правильный учет условий потока является одним из ключей к успешному развитию процессов CVD (рис. 2). Для LPCVD характерны условия непрерывного течения, работающие в ламинарном режиме. Геометрия реактора является решающим фактором, который следует учитывать при настройке и оптимизации процесса LPCVD.

Эти фундаментальные свойства LPCVD позволяют разрабатывать процессы осаждения, обеспечивающие равномерное покрытие на всех поверхностях подложки. Это свойство привело к широкому использованию LPCVD в полупроводниковой промышленности, поскольку аналогичным образом можно получить превосходное ступенчатое покрытие микронных и субмикронных характеристик. Напротив, большая длина свободного пробега и поведение молекулярного газа, которые характеризуют PVD-обработку, обеспечивают в основном осаждение в пределах прямой видимости.