Filmes finos ópticos em geometrias complexas de substrato

Um processo de revestimento de filme fino óptico de baixa pressão por deposição de vapor químico de baixa pressão (LPCVD) está permitindo a fabricação de revestimentos de filtro de interferência, como comprimento de onda único, banda dupla e AR de banda larga, espelho frio, dicróico e condutivo. O processo aprimorado de filme fino IsoDyn™, desenvolvido pela Deposition Sciences, Inc. (DSI) agora está sendo usado para produzir revestimentos conformes em geometrias de substrato complexas. Essa capacidade permite uma infinidade de novas aplicações que podem exigir revestimentos multicamadas uniformes em formas complexas, variando de lentes esféricas simples a quase qualquer formato óptico imaginável.

Com ampla cobertura de comprimento de onda de 300nm a 5μm, a nova tecnologia de filme fino LPCVD abre as portas para novos designs ópticos. Tais projetos podem não ter sido considerados no passado devido às limitações dos métodos de deposição mais comuns, como evaporação ou pulverização catódica. Embora excelentes para algumas aplicações, esses métodos de deposição não podem corresponder à cobertura conforme e à uniformidade de revestimento que o LPCVD oferece para componentes ópticos não planares e assimétricos (Figura 1).

O processo de deposição de vapor químico de baixa pressão IsoDyn é semelhante à tecnologia comumente usada na indústria de semicondutores. Ele foi otimizado para produzir revestimentos ópticos de alta qualidade, sem furos e com baixo teor de partículas, com excelente qualidade de superfície. A qualidade de arranhões/escavação de uma superfície de substrato não é degradada por deposição e filmes de baixa rugosidade superficial (ou seja, < 5 nm) podem ser obtidos.

LPCVD é essencialmente um processo térmico usado para depositar filmes finos de precursores em fase gasosa em pressões subatmosféricas. A deposição ocorre por difusão de reagentes em uma superfície de substrato aquecida, onde ocorre uma reação de superfície irreversível. A reação química na superfície pode ser um dos vários mecanismos possíveis, incluindo decomposição térmica (pirólise), redução, hidrólise, oxidação, carburação e nitretação. O substrato quente, geralmente acima de 400°C, fornece a energia para que a reação ocorra.

O LPCVD difere de outros processos de deposição, como evaporação, pulverização catódica e até mesmo deposição de vapor químico atmosférico (CVD) de várias maneiras importantes e vantajosas. Técnicas de deposição de vapor físico (PVD), como evaporação e pulverização catódica, são limitadas a geometrias de linha de visão e não podem ser usadas para revestir formas profundamente rebaixadas. O LPCVD, por outro lado, pode facilmente fornecer revestimentos uniformes em todas as formas de substrato, incluindo formas profundamente rebaixadas e até mesmo tubos, devido ao seu pequeno caminho livre médio. O caminho livre médio, a distância média entre colisões moleculares, é muitas ordens de grandeza menor para LPCVD do que para PVD. Isso significa que há muito mais colisões entre átomos e moléculas na fase gasosa antes de encontrar o substrato. Embora um modelo de "bola de bilhar" seja freqüentemente usado para descrever processos PVD, o CVD é mais comparável ao fluido que flui através de um tubo. Simplificando, com LPCVD todas as superfícies expostas vão ficar "molhadas". Além disso, LPCVD não requer alto vácuo (pressões muito baixas) que é necessário para PVD.

Quando comparado com o CVD atmosférico, o LPCVD permite revestimentos isolantes mais uniformes. Devido à pressão reduzida e temperaturas de deposição elevadas usadas em LPCVD, a difusividade térmica é grande, facilitando assim uma distribuição uniforme de reagentes dentro de uma determinada seção transversal da câmara de deposição. A consideração adequada das condições de fluxo é uma das chaves para o desenvolvimento bem-sucedido dos processos CVD (Figura 2). LPCVD é caracterizado por condições de fluxo contínuo operando dentro do regime laminar. A geometria do reator é um fator crítico a ser considerado na configuração e otimização do processo LPCVD.

Estas propriedades fundamentais do LPCVD permitem desenvolver processos de deposição que fornecem cobertura uniforme em todas as superfícies do substrato. Esse atributo levou ao amplo uso de LPCVD na indústria de semicondutores, uma vez que pode ser obtida de forma semelhante uma excelente cobertura de etapas de recursos de mícron e submícron. Em contraste, o grande caminho livre médio e o comportamento do gás molecular que caracterizam o processamento PVD fornecem principalmente deposição na linha de visada.