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복잡한 기판 형상의 광학 박막

Apr 02, 2023

차세대 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 광학 박막 코팅 공정을 통해 단일 파장, 이중 대역 및 광대역 AR, Cold Mirror, 이색성 및 전도성과 같은 간섭 필터 코팅의 제조가 가능해졌습니다. Deposition Sciences, Inc.(DSI)가 설계한 향상된 박막 IsoDyn™ 프로세스는 이제 복잡한 기판 형상에 컨포멀 코팅을 생성하는 데 사용되고 있습니다. 이 기능을 통해 단순한 볼 렌즈부터 상상할 수 있는 거의 모든 광학 모양에 이르기까지 복잡한 모양에 균일한 다층 코팅이 필요한 수많은 새로운 응용 분야가 가능해졌습니다.

300nm에서 5μm까지의 넓은 파장 범위를 갖춘 새로운 LPCVD 박막 기술은 새로운 광학 설계의 문을 열어줍니다. 이러한 설계는 증발이나 스퍼터링과 같은 보다 일반적인 증착 방법의 한계로 인해 과거에는 고려되지 않았을 수 있습니다. 일부 응용 분야에서는 탁월하지만 이러한 증착 방법은 LPCVD가 비평면 및 비대칭 광학 부품에 제공하는 등각 커버리지 및 코팅 균일성과 일치할 수 없습니다(그림 1).

IsoDyn 저압 화학 기상 증착 공정은 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 기술과 유사합니다. 핀홀이 없고 미립자가 적은 고품질 광학 코팅을 생산하고 탁월한 표면 품질을 제공하도록 최적화되었습니다. 기판 표면의 스크래치/굴착 품질은 증착으로 인해 저하되지 않으며 낮은 표면 거칠기(예: < 5nm)의 필름을 얻을 수 있습니다.

LPCVD는 기본적으로 대기압 이하의 압력에서 기상 전구체로부터 박막을 증착하는 데 사용되는 열 공정입니다. 증착은 가열된 기판 표면에 반응물이 확산되어 발생하며, 여기서 비가역적인 표면 반응이 발생합니다. 표면의 화학 반응은 열분해(열분해), 환원, 가수분해, 산화, 침탄 및 질화를 포함한 여러 가능한 메커니즘 중 하나일 수 있습니다. 일반적으로 400°C를 초과하는 뜨거운 기판은 반응이 일어나기 위한 에너지를 제공합니다.

LPCVD는 증발, 스퍼터링, 심지어 대기 화학 기상 증착(CVD)과 같은 다른 증착 공정과 여러 가지 중요하고 유리한 면에서 다릅니다. 증발 및 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착(PVD) 기술은 가시선 형상으로 제한되며 깊게 오목한 모양을 코팅하는 데 사용할 수 없습니다. 반면, LPCVD는 평균 자유 경로가 작기 때문에 깊게 패인 모양과 심지어 튜브를 포함한 모든 기판 모양에 균일한 코팅을 쉽게 제공할 수 있습니다. 분자 충돌 사이의 평균 거리인 평균 자유 행로는 PVD보다 LPCVD의 크기가 훨씬 더 작습니다. 이는 기판을 만나기 전에 기체 상태에서 원자와 분자 사이에 더 많은 충돌이 있음을 의미합니다. PVD 공정을 설명하기 위해 "당구공" 모델이 자주 사용되는 반면, CVD는 파이프를 통과하는 유체 흐름에 더 유사합니다. 간단히 말해서, LPCVD를 사용하면 노출된 모든 표면이 "젖게" 됩니다. 또한 LPCVD에는 PVD에 필요한 고진공(매우 낮은 압력)이 필요하지 않습니다.

대기 CVD와 비교할 때 LPCVD는 보다 균일한 컨포멀 코팅을 가능하게 합니다. LPCVD에 사용되는 감소된 압력과 증가된 증착 온도로 인해 열확산율이 커서 증착 챔버의 주어진 단면 내에서 반응물의 균일한 분포를 촉진합니다. 흐름 조건을 적절하게 고려하는 것은 CVD 공정을 성공적으로 개발하는 열쇠 중 하나입니다(그림 2). LPCVD는 층류 체제 내에서 작동하는 연속 흐름 조건을 특징으로 합니다. 반응기 형상은 LPCVD 공정 설정 및 최적화에서 고려해야 할 중요한 요소입니다.

LPCVD의 이러한 기본 특성을 통해 기판의 모든 표면에 균일한 커버리지를 제공하는 증착 공정을 개발할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 마이크론 및 서브마이크론 기능의 탁월한 스텝 커버리지가 유사하게 얻어질 수 있으므로 반도체 산업 내에서 LPCVD가 널리 사용됩니다. 대조적으로, PVD 처리를 특징짓는 큰 평균 자유 경로와 분자 가스 거동은 주로 가시선 증착을 제공합니다.