eng
Выпуск #2/2019
Б.Бончев, М.Шнайдер, И.Фель, Д.Никулин, В.Васильев
Полосовые фильтры, произведенные с помощью системы напыления EOSS® – усовершенствованная промышленная система для напыления высококачественных оптических покрытий
Полосовые фильтры, произведенные с помощью системы напыления EOSS® – усовершенствованная промышленная система для напыления высококачественных оптических покрытий
Просмотры: 1973
Представлены результаты напыления различных полосовых фильтров – ИК-фильтр и тройной полосовой фильтр, полученных в установке Star.EOSS производства компании FHR. Нанесение пленок путем ионного распыления металлов в магнетронном разряде приводит к неравномерности пленок по толщине менее 0,25% (3 сигма) на подложках с диаметром от 200 до 300мм.
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.136.139
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.136.139
Теги: metallic mode sputtering rf plasma source thin film deposition triple bandpass filters ионное распыление металлов источник вч-плазмы напыление пленок тройной полосовой фильтр
Получено: 22.03.2019 г.
ВВЕДЕНИЕ
В современных технических решениях в области нанесения прецизионных оптических покрытий распространено использование планарных протяженных магнетронов, мишени которых подвержены неоднородной эрозии поверхности. Это приводит к ухудшению однородности и равномерности покрытий, снижению характеристик самих мишеней с течением времени, высокой стоимости расходных материалов (низкий процент полезного расходования материала мишени). В случае реактивного распыления увеличивается вероятность возникновения дуговых микроразрядов, ведущих к появлению микро- и макрочастиц.
Системы магнетронного распыления FHR.Star.500-EOSS® и FHR.Star.600-EOSS® позволяют исключить выше указанные недостатки плоских магнетронов, возникающих в процессе напыления [1]. Системы оснащены сдвоенными магнетронами с вращаемыми цилиндрическими катодами, обеспечивающими нанесения пленки снизу вверх.
Описание системы нанесения покрытия
Все системы из модельного ряда FHR.Star-EOSS® были разработаны для нанесения прецизионных многослойных оптических покрытий в полностью автоматическом режиме, удовлетворяющих самым высоким требованиям к качеству покрытия и высокой равномерности толщины, даже на прямоугольных подложках с размером 280 Ч 330 мм.
Система состоит из кассетного автоматического шлюза загрузки, транспортной системы с вакуумным роботом-манипулятором и технологического модуля с поворотным столом, вмещающим до 12 нагреваемых подложкодержателей при полной загрузке. Держатели приспособлены для круглых подложек диаметром до 300 мм или прямоугольных подложек с размерами до 280 Ч 330 мм и толщиной до 50 мм, что позволяет обрабатывать различные кремниевые и керамические пластины для микроэлектроники, призмы и линзы для оптики с весом до 10 кг.
Рабочая камера оснащена тремя или четырьмя (600-EOSS®) сдвоенными магнетронами и одним или двумя источниками высокочастотной плазмы, предназначенных для очистки поверхности и окисления металлических пленок.
Загрузка и выгрузка подложкодержателей проводится в автоматическом режиме.
С помощью программного обеспечения MOCCA + ® [2] производится непрерывный контроль процесса нанесения каждого покрытия и всей гетероструктуры в целом. Контроль осуществляется оптическим методом in situ на просвет или отражение контрольного образца, размещенного в одном из подложкодержателей.
Высокотехнологичные оптические покрытия с крайне низким уровнем дефектов
Тонкие пленки наносятся методом магнетронного распыления вращаемых цилиндрических мишеней в режиме постоянного тока (DC) либо в импульсном среднечастотном режиме (MF). Расположение подложек рабочей поверхностью вниз способствует снижению дефектности и улучшению качества пленок. Используемые магнетроны с цилиндрическими мишенями отличаются высокой стабильностью ввиду их простого устройства, интенсивного охлаждения и многочисленных возможностей оптимизации процесса [3].
Приведенные ниже три примера демонстрируют применение моделей линейки Star.EOSS для формирования сложных структур длинноволновых пропускающих фильтров для мультиплексирования, (рис.2). Образец LP395 состоит из 58 слоев общей толщиной 5,6 мкм, образец LP415 – 65 слоев и 6,0 мкм и LP435 – 65 слоев и 5,6 мкм соответственно, а также антиотражающего покрытия на обратной стороне [4].
Другой пример применения системы для получения покрытий с высокими технологическими требованиями – это инфракрасные полосовые фильтры. Представленный ниже фильтр (рис.3) с центральной длиной волны 945 нм состоит из 137 слоев (материалы Ta2O5 и SiO2, одностороннее покрытие) общей толщиной 14 мкм и обладает высокой пропускной способностью [4]. Широкий диапазон поглощения излучения составляет 300–1100 нм с пропусканием диапазона эффективных длин волн от 900–1000 нм со смещением краев спектра менее 0,3% между различными подложками.
На рис.3 представлены спектры пропускания полосовых фильтров с двусторонним покрытием и центральной длиной волны 830 нм, полученных на партии подложек из 12 шт. с диаметром 200 мм. Максимальный сдвиг спектра в пределах партии не превышал 0,25% (± 0,125%) [4]. Спектры приведены для трех выборок из нескольких партий с трех разных подложкодержателей в камере напыления.
Новая сфера применения оптических фильтров ориентирована на 3D-технологии.
На рис.4 показан тройной полосовой фильтр для трехмерной лазерной проекции, состоящий из 60–80 слоев, а также 940 нм полосовой фильтр (материалы a-Si: H и SiO2) для распознавания жестов и трехмерного восприятия.
Однородное покрытие из 80 диэлектрических и ультрафиолетовых (УФ) антиотражающих слоев на линзах для прецизионной оптики является еще одним ярким примером технологических возможностей представленной системы EOSS® для получения высокоточных оптических покрытий.
ВЫВОДЫ
В работе были показаны некоторые результаты применения систем магнетронного напыления FHR.Star.EOSS® с вращающимися катодами (цилиндрическими) для получения многослойных покрытий, позволяющих создавать фильтры в широком диапазоне длин волн. Как показывают приведенные результаты, магнетронные распылительные системы FHR.Star.EOSS® являются мощным инструментом для нанесения тонких пленок и гетероструктур для оптического применения, в том числе для высококачественных оптических покрытий. Держатели систем FHR.Star.EOSS® приспособлены для 12 круглых подложек диаметром до 300 мм или 12 прямоугольных подложек с размерами до 280 Ч 330 мм и толщиной до 50 мм. Равномерность составляет более 99,75%.
ЛИТЕРАТУРА / RFERENCES
1. Vergцhl Michael, Pflug Andreas, Rademacher Daniel. Towards ultra-precise optical interference filters on large area: Computational and experimental optimization of the homogeneity of magnetron-sputtered precision optical coatings// Modern Technologies in Space- and Ground-based Telescopes and Instrumentation II, Proc. of SPIE Vol. 8450-80. 2012.
2. Registered trade mark of Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany.
3. Bruns Stefan, Vergцhl Michael, Zickenrott Tobias. Recent developments in optical coatings prepared by cylindrical magnetron sputtering // Optical Systems Design 2015: Advances in Optical Thin Films V, Proc. of SPIE Vol. 9627, p.5., 2015.
4. In collaboration with of Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST.
ВВЕДЕНИЕ
В современных технических решениях в области нанесения прецизионных оптических покрытий распространено использование планарных протяженных магнетронов, мишени которых подвержены неоднородной эрозии поверхности. Это приводит к ухудшению однородности и равномерности покрытий, снижению характеристик самих мишеней с течением времени, высокой стоимости расходных материалов (низкий процент полезного расходования материала мишени). В случае реактивного распыления увеличивается вероятность возникновения дуговых микроразрядов, ведущих к появлению микро- и макрочастиц.
Системы магнетронного распыления FHR.Star.500-EOSS® и FHR.Star.600-EOSS® позволяют исключить выше указанные недостатки плоских магнетронов, возникающих в процессе напыления [1]. Системы оснащены сдвоенными магнетронами с вращаемыми цилиндрическими катодами, обеспечивающими нанесения пленки снизу вверх.
Описание системы нанесения покрытия
Все системы из модельного ряда FHR.Star-EOSS® были разработаны для нанесения прецизионных многослойных оптических покрытий в полностью автоматическом режиме, удовлетворяющих самым высоким требованиям к качеству покрытия и высокой равномерности толщины, даже на прямоугольных подложках с размером 280 Ч 330 мм.
Система состоит из кассетного автоматического шлюза загрузки, транспортной системы с вакуумным роботом-манипулятором и технологического модуля с поворотным столом, вмещающим до 12 нагреваемых подложкодержателей при полной загрузке. Держатели приспособлены для круглых подложек диаметром до 300 мм или прямоугольных подложек с размерами до 280 Ч 330 мм и толщиной до 50 мм, что позволяет обрабатывать различные кремниевые и керамические пластины для микроэлектроники, призмы и линзы для оптики с весом до 10 кг.
Рабочая камера оснащена тремя или четырьмя (600-EOSS®) сдвоенными магнетронами и одним или двумя источниками высокочастотной плазмы, предназначенных для очистки поверхности и окисления металлических пленок.
Загрузка и выгрузка подложкодержателей проводится в автоматическом режиме.
С помощью программного обеспечения MOCCA + ® [2] производится непрерывный контроль процесса нанесения каждого покрытия и всей гетероструктуры в целом. Контроль осуществляется оптическим методом in situ на просвет или отражение контрольного образца, размещенного в одном из подложкодержателей.
Высокотехнологичные оптические покрытия с крайне низким уровнем дефектов
Тонкие пленки наносятся методом магнетронного распыления вращаемых цилиндрических мишеней в режиме постоянного тока (DC) либо в импульсном среднечастотном режиме (MF). Расположение подложек рабочей поверхностью вниз способствует снижению дефектности и улучшению качества пленок. Используемые магнетроны с цилиндрическими мишенями отличаются высокой стабильностью ввиду их простого устройства, интенсивного охлаждения и многочисленных возможностей оптимизации процесса [3].
Приведенные ниже три примера демонстрируют применение моделей линейки Star.EOSS для формирования сложных структур длинноволновых пропускающих фильтров для мультиплексирования, (рис.2). Образец LP395 состоит из 58 слоев общей толщиной 5,6 мкм, образец LP415 – 65 слоев и 6,0 мкм и LP435 – 65 слоев и 5,6 мкм соответственно, а также антиотражающего покрытия на обратной стороне [4].
Другой пример применения системы для получения покрытий с высокими технологическими требованиями – это инфракрасные полосовые фильтры. Представленный ниже фильтр (рис.3) с центральной длиной волны 945 нм состоит из 137 слоев (материалы Ta2O5 и SiO2, одностороннее покрытие) общей толщиной 14 мкм и обладает высокой пропускной способностью [4]. Широкий диапазон поглощения излучения составляет 300–1100 нм с пропусканием диапазона эффективных длин волн от 900–1000 нм со смещением краев спектра менее 0,3% между различными подложками.
На рис.3 представлены спектры пропускания полосовых фильтров с двусторонним покрытием и центральной длиной волны 830 нм, полученных на партии подложек из 12 шт. с диаметром 200 мм. Максимальный сдвиг спектра в пределах партии не превышал 0,25% (± 0,125%) [4]. Спектры приведены для трех выборок из нескольких партий с трех разных подложкодержателей в камере напыления.
Новая сфера применения оптических фильтров ориентирована на 3D-технологии.
На рис.4 показан тройной полосовой фильтр для трехмерной лазерной проекции, состоящий из 60–80 слоев, а также 940 нм полосовой фильтр (материалы a-Si: H и SiO2) для распознавания жестов и трехмерного восприятия.
Однородное покрытие из 80 диэлектрических и ультрафиолетовых (УФ) антиотражающих слоев на линзах для прецизионной оптики является еще одним ярким примером технологических возможностей представленной системы EOSS® для получения высокоточных оптических покрытий.
ВЫВОДЫ
В работе были показаны некоторые результаты применения систем магнетронного напыления FHR.Star.EOSS® с вращающимися катодами (цилиндрическими) для получения многослойных покрытий, позволяющих создавать фильтры в широком диапазоне длин волн. Как показывают приведенные результаты, магнетронные распылительные системы FHR.Star.EOSS® являются мощным инструментом для нанесения тонких пленок и гетероструктур для оптического применения, в том числе для высококачественных оптических покрытий. Держатели систем FHR.Star.EOSS® приспособлены для 12 круглых подложек диаметром до 300 мм или 12 прямоугольных подложек с размерами до 280 Ч 330 мм и толщиной до 50 мм. Равномерность составляет более 99,75%.
ЛИТЕРАТУРА / RFERENCES
1. Vergцhl Michael, Pflug Andreas, Rademacher Daniel. Towards ultra-precise optical interference filters on large area: Computational and experimental optimization of the homogeneity of magnetron-sputtered precision optical coatings// Modern Technologies in Space- and Ground-based Telescopes and Instrumentation II, Proc. of SPIE Vol. 8450-80. 2012.
2. Registered trade mark of Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany.
3. Bruns Stefan, Vergцhl Michael, Zickenrott Tobias. Recent developments in optical coatings prepared by cylindrical magnetron sputtering // Optical Systems Design 2015: Advances in Optical Thin Films V, Proc. of SPIE Vol. 9627, p.5., 2015.
4. In collaboration with of Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST.
Отзывы читателей
