近年来,对多光谱成像需求的爆炸式增长与该行业对减重的永不满足的需求相结合,从而大大增加了对生产用于这些系统的光学滤光片的更复杂方法的需求。解决多光谱系统重量问题的一种方法是,在单个衬底上或直接在CCD上绘制滤光片阵列,从而消除光束分裂光学和多探测器。

传统的方法

金属接触掩蔽是在单个基片上以图案形式应用一种或多种涂层的传统方法。在许多应用中,由不锈钢等材料制成的金属掩模相对便宜,易于使用,并且能够承受与真空沉积稳定和耐用的光学涂层相关的真空工艺条件。然而,对于更复杂的应用,如在单个基板上或直接在CCD上的多光谱图案,如果允许金属掩模在涂层过程中与基板接触,则制造金属掩模的成本很高,而且会降低基板的质量。金属掩模也很难与基板对齐。当生产沉积图案时,要使其整齐排列,使其边缘与现有图案的边缘没有间隙或重叠,对齐尤其具有挑战性。

其他生产多光谱滤波器的方法也有类似的局限性。涂层单个的基材,切割这些基材到所需的尺寸,然后将它们粘接到基材上形成多光谱阵列是耗时、昂贵的,并受到涉及过程的尺寸限制。同样,使用彩色玻璃或凝胶生产的多光谱滤光片也不是很耐用,它们将设计师限制在可用的彩色眼镜和凝胶的目录上。半导体工业已经使用直接蚀刻光刻和离子蚀刻获得了精细的图案。虽然这些技术在硅或硅基材料上工作得非常好,但它们在绘制由两种或更多全介电涂层材料组成的多层光学涂层时并不有效。

抵制发射

为了解决这些限制,淀积科学公司开发了抗蚀剂剥离技术,用于在单个基片上或在某些情况下直接在CCD表面上应用图案多光谱涂层。自九十年代初以来,该技术已成功应用于DSI。这些涂层可以有微米级的特征,由多达100层涂层组成,并满足严格的环境和耐久性标准。

使用抗蚀剂剥离的多光谱滤光片的生产从一个裸露的、干净的基材开始(图1)。基材随后用附着力促进剂处理,这有助于光刻剂附着在基材上。如果不使用附着力促进剂,光刻胶可能会在后续工序中发生分层。

用附着力促进剂后,再用正极光刻胶。光刻胶的用量由要沉积的涂层的厚度决定。如图2所示,为了在去除光刻胶后实现涂层边缘的清洁,抗蚀剂的厚度应该比所需的涂层略厚。光刻胶的体积和用于涂布光刻胶的旋转速度决定了光刻胶的厚度。

在正确使用光刻胶之后,下一步就是曝光。曝光时间取决于光刻胶的厚度;光刻胶越厚,曝光时间越长。选择正确的曝光率对去除光刻胶后涂层的边缘清晰度至关重要。曝光过度会导致线条清晰度差,而曝光不足则会阻碍沉积涂层和剥离。

图6。如图7所示,100毫米的硅片上有四层图案的二色膜。
一旦所需要的区域被暴露,暴露区域的抗蚀剂就被去除。这在流程的开发步骤中完成。显影过程中必须小心,避免损坏光刻胶的内壁。光刻胶的过度显影会导致光刻胶边缘的圆角,从而导致在光刻胶去除步骤中涂层的损坏。抗蚀剂显影不充分会在要涂覆的花纹区域留下抗蚀剂残留,导致剥离过程中涂层损坏。

图7。图6中四个滤光片的光谱扫描(背面未涂膜)。
然后将带有图案化光刻胶掩模的基片放置在真空镀膜室中,在那里完成所需涂层的受控沉积(见图3)。沉积后,被涂覆的基片浸入溶剂中,溶剂溶解光刻胶,使光刻胶表面的涂层被冲洗掉,留下所需的图案涂层。重复这个过程,如图4和5所示,在同一基片上构造多个滤波器。

光学涂层厚度可达20 μm,特征可小至5 μm,已成功地重复使用抗蚀剂提升工艺生产。多达四种模式已成功应用于单个衬底或CCD使用抗升脱。

如图6所示,一个100毫米的晶圆,包含数百个10 μm厚的模式化滤波器。该晶片包含232个四色晶片和52个大色片。大色垫用来验证覆盖在晶圆片整个表面的四层涂层的性能。每个滤色器的实际光谱性能如图7所示。

耐用性和稳定性

图6所示的图案多光谱滤波器使用其专利的MicroDyn®激活溅射工艺在DSI上进行涂层。在MicroDyn中,氧化物的反应溅射通过形成更广泛的氧物种(臭氧等)的微波等离子体来增强反应过程。

在所有的溅射技术中,溅射的目标原子产生了大量的能量,导致固有的硬涂层。通过硬涂层,我们指的是具有比蒸发或PICVD产生的类似涂层更大的机械和热稳定性的涂层。由于溅射涂层的低应力,这种沉积技术已经成功地生产了厚达100微米的多层涂层。

MicroDyn溅射可以沉积多种材料,包括合金和梯度折射率材料。这个过程非常稳定,并且允许用这种方法沉积的绝大多数涂层的厚度由时间控制。

本文由沉积科学公司(Santa Rosa, CA)的过程工程师Michael Tommervik撰写。欲了解更多信息,请联系Tommervik先生此电子邮件地址正受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。,或访问http://info.hotims.com/15134-200。


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这篇文章首次发表在2008年7月的光子学技术简介金宝搏官网杂志。

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