Film sottili ottici su geometrie di substrato complesse

Un processo di rivestimento ottico a film sottile di deposizione chimica in fase vapore a bassa pressione (LPCVD) di prossima generazione sta consentendo la produzione di rivestimenti di filtri di interferenza, come AR a lunghezza d'onda singola, a doppia banda e a banda larga, a specchio freddo, dicroici e conduttivi. Il processo potenziato IsoDyn™ a film sottile, progettato da Deposition Sciences, Inc. (DSI), viene ora utilizzato per produrre rivestimenti conformi su geometrie di substrato complesse. Questa capacità consente una miriade di nuove applicazioni che potrebbero richiedere rivestimenti multistrato uniformi su forme complesse, che vanno dalle semplici lenti sferiche a quasi ogni forma ottica immaginabile.

Con un'ampia copertura della lunghezza d'onda da 300 nm a 5 μm, la nuova tecnologia a film sottile LPCVD apre le porte a nuovi design ottici. Tali progetti potrebbero non essere stati presi in considerazione in passato a causa delle limitazioni dei metodi di deposizione più comuni come l'evaporazione o lo sputtering. Sebbene eccellenti per alcune applicazioni, questi metodi di deposizione non possono eguagliare la copertura conforme e l'uniformità del rivestimento che LPCVD offre per componenti ottici non planari e asimmetrici (Figura 1).

Il processo di deposizione chimica in fase vapore a bassa pressione IsoDyn è simile alla tecnologia comunemente utilizzata nell'industria dei semiconduttori. È stato ottimizzato per produrre rivestimenti ottici di alta qualità, privi di fori stenopeici, a basso contenuto di particelle e con un'eccellente qualità superficiale. La qualità di graffio/scavo della superficie di un substrato non viene degradata dalla deposizione ed è possibile ottenere pellicole con bassa ruvidità superficiale (ovvero < 5 nm).

L'LPCVD è essenzialmente un processo termico utilizzato per depositare film sottili da precursori della fase gassosa a pressioni subatmosferiche. La deposizione avviene per diffusione dei reagenti su una superficie riscaldata del substrato, dove avviene una reazione superficiale irreversibile. La reazione chimica sulla superficie potrebbe essere uno dei numerosi possibili meccanismi tra cui la decomposizione termica (pirolisi), la riduzione, l'idrolisi, l'ossidazione, la carburazione e la nitrurazione. Il substrato caldo, normalmente superiore a 400°C, fornisce l'energia affinché avvenga la reazione.

LPCVD differisce da altri processi di deposizione come l'evaporazione, lo sputtering e persino la deposizione chimica in fase vapore (CVD) atmosferica in una serie di modi importanti e vantaggiosi. Le tecniche di deposizione fisica da vapore (PVD), come l'evaporazione e lo sputtering, sono limitate alle geometrie in linea di vista e non possono essere utilizzate per rivestire forme profondamente incassate. LPCVD, d'altro canto, può facilmente fornire rivestimenti uniformi su tutte le forme di substrato, comprese forme profondamente incassate e persino tubi, grazie al suo percorso libero medio ridotto. Il percorso libero medio, la distanza media tra le collisioni molecolari, è di molti ordini di grandezza più piccolo per LPCVD che per PVD. Ciò significa che ci sono molte più collisioni tra atomi e molecole nella fase gassosa prima di incontrare il substrato. Mentre il modello "palla da biliardo" viene spesso utilizzato per descrivere i processi PVD, il CVD è più paragonabile al fluido che scorre attraverso un tubo. In parole povere, con LPCVD tutte le superfici esposte si “bagnano”. Inoltre, LPCVD non richiede il vuoto spinto (pressioni molto basse) necessario per il PVD.

Rispetto alla CVD atmosferica, la LPCVD consente rivestimenti conformi più uniformi. A causa della pressione ridotta e delle temperature di deposizione elevate utilizzate nell'LPCVD, la diffusività termica è elevata, facilitando così una distribuzione uniforme dei reagenti all'interno di una determinata sezione trasversale della camera di deposizione. La corretta considerazione delle condizioni del flusso è una delle chiavi per il successo dello sviluppo dei processi CVD (Figura 2). LPCVD è caratterizzato da condizioni di flusso continuo che operano all'interno del regime laminare. La geometria del reattore è un fattore critico da considerare nella configurazione e ottimizzazione del processo LPCVD.

Queste proprietà fondamentali dell'LPCVD consentono di sviluppare processi di deposizione che garantiscono una copertura uniforme su tutte le superfici del substrato. Questo attributo ha portato all'ampio utilizzo di LPCVD nell'industria dei semiconduttori poiché è possibile ottenere in modo simile un'eccellente copertura del passo di caratteristiche micrometriche e submicroniche. Al contrario, l’ampio percorso libero medio e il comportamento del gas molecolare che caratterizzano il processo PVD prevedono principalmente la deposizione in linea di vista.