微型複雜性結構光學元件之高均勻覆蓋性光學鍍膜技術(II)

光學感測器是智慧檢測不可或缺的元素，而微型複雜性結構的光學元件是未來光學感測器的主要關鍵零組件，光學元件需要光學薄膜來提升光學成效，但目前廣泛使用的光學鍍膜技術無法滿足複雜性結構的需求，而原子層沉積技術(Atomic layer deposition, ALD)正是能夠解決這類問題的獨特技術，其沉積的薄膜具有極佳的均勻性及覆蓋性，本計畫主要是結合ALD及電漿增益ALD鍍膜技術鍍製低吸收的光學薄膜來完成微型複雜性結構光學元件的抗反射膜，運用區域選擇ALD鍍膜技術可以選擇沉積薄膜位置，並優化製程設備加入光學監控系統，即時監控光學薄膜成長狀況，建立顯微光譜量測系統，可針對微型複雜性結構光學元件的小面積進行量測，完成即時光學監控系統鍍製抗反射膜，其理論值與實際值的差異要小於5%，且420nm~680nm之間的平均反射率要低於0.5%，其膜厚均勻性在3%以內。由於上次計畫申請只通過第一年經費，但這個計畫對未來微型化光學產品及光學薄膜皆非常重要，因此繼續提第二年及第三年的計畫，第一年目前執行半年的成果已有(a)在200度成長HfO2薄膜150 cycle下的結果，4吋基板平均膜厚為14.39nm，均勻性在3%以內(b)不同參數下(a)Al2O3(b)HfO2(c)SiO2薄膜的折射率與消光係數，目前參數下的各個材料在可見光已達到吸收在10-4左右，已經是光學薄膜材料等級。(c)Al2O3(左)HfO2(右)薄膜的SEM圖可以看到其薄膜成長品質佳，經由XPS的分析，Al2O3薄膜的C含量在7.18%，HfO2薄膜的N含量在3.94%，不純物的含量影響著薄膜的吸收，目前這樣的含量造成的吸收在10-4左右，吸收是否可以降得更低會與不純物的含量有關，(d)HfO2在在相同的400 cycle下200度以上的折射率變化趨於穩定，在固定200度製程下，550 cycle以上，膜厚變厚其折射率穩定，從結果可以看到，不同溫度不同cycle對ALD光學薄膜成膜的影響甚大。由於本計畫製程時間較長，學生因為有課程的問題無法配合長時間的製程需求，因此需要申請一名專任助理進行實際鍍膜機操作，再交由研究生進行分析討論，專任助理除了機台操作之外還須負責機台維修保養。