光学薄膜デバイスの製造は真空チャンバー内で行われ、薄膜層の成長は微視的なプロセスです。しかし、現状では直接制御できるマクロ的なプロセスは、薄膜層の品質と間接的な関係を持ついくつかのマクロ的な要因に限られています。しかしながら、長年にわたる粘り強い実験研究を通じて、薄膜品質とこれらのマクロ的な要因との間に規則的な関係が見出され、それが薄膜デバイスの製造を導くプロセス仕様となり、高品質な光学薄膜デバイスの製造において重要な役割を果たしています。
1. 真空メッキの効果
真空度が膜の特性に及ぼす影響は、残留ガスと膜原子・分子との気相衝突によるエネルギー損失と化学反応によるものです。真空度が低いと、膜材料の蒸気分子と残留ガス分子との融合確率が増加し、蒸気分子の運動エネルギーが大幅に低下し、蒸気分子が基板に到達できなくなるか、基板上のガス吸着層を突破できなくなるか、ガス吸着層をほとんど突破できないものの、基板との吸着エネルギーが非常に小さくなります。その結果、光学薄膜デバイスで堆積した膜は緩み、堆積密度が低く、機械的強度が悪く、化学組成が純粋ではなく、膜層の屈折率と硬度が悪くなります。
一般的に、真空度が上昇すると膜構造は改善され、化学組成は純粋になりますが、応力は増加します。金属膜や半導体膜の純度は高いほど良くなりますが、これは真空度に依存し、より高い直接空隙率が必要になります。真空度によって影響を受ける膜の主な特性は、屈折率、散乱、機械的強度、不溶性です。
2. 堆積速度の影響
蒸着速度は膜の蒸着速度を表すプロセスパラメータであり、単位時間あたりにめっき表面に形成される膜の厚さで表され、単位はnm·s-1です。
蒸着速度は、膜の屈折率、硬度、機械的強度、接着性、応力に明らかな影響を与えます。蒸着速度が低いと、ほとんどの蒸気分子が基板から戻り、結晶核の形成が遅く、大きな凝集体上でしか凝縮できず、膜の構造が緩くなります。蒸着速度が増加すると、緻密で緻密な膜が形成され、光散乱が減少し、硬度が増します。したがって、蒸着速度を適切に選択することは、蒸着プロセスにおける重要な課題であり、具体的な選択は膜材料に応じて決定する必要があります。
蒸着速度を向上させるには、（１）蒸発源温度を上げる方法と（２）蒸発源面積を増やす方法の２つの方法がある。
投稿日時: 2024年3月29日