Покрытия, способы и устройство для уменьшения отражения от оптических подложек

Покрытия, способы и устройство для уменьшения отражения от оптических подложек

Реферат

 

Прозрачное или полупрозрачное изделие содержит по крайней мере один слой просветляющего покрытия, толщину которого выбирают такой, чтобы воспринимаемый коэффициент отражения изделия с покрытием, определяемый по формуле, указанной в формуле изобретения, был минимальным. Устройство для осаждения просветляющей пленки содержит камеру реактора, плазменный генератор и оптический контрольно-измерительный прибор, который содержит источник поляризованного излучения для направления пучка света с выбранной длиной волны на подложку при выбранном угле падения, фотоприемник для измерения интенсивности отраженной части пучка света и микропроцессор, связанный с фотоприемником, расходным клапаном, нагнетательным клапаном и источником питания и управляющий ими в соответствии с интенсивностью отраженной части светового пучка. При осаждении просветляющего покрытия его толщину определяют таким образом, чтобы конечный воспринимаемый коэффициент отражения f_AR1/2 F₀, где F₀ - воспринимаемый коэффициент до нанесения покрытия. Обеспечивается получение просветляющих покрытий с заданными свойствами. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение в общем относится к улучшению передачи светового пучка через оптические материалы, такие как очковые линзы, и, в то же время, к уменьшению отражения рассеянного светового пучка, которое приводит к ослепительному блеску от оптических материалов.

Оптически прозрачные материалы, не имеющие покрытия, отражают часть падающего светового пучка. Величина отражения изменяется от длины волны, поляризации и угла падения светового пучка, а также от показателя преломления прозрачного материала, в зависимости от длины волны. Это френелевское отражение описывается уравнениями Максвелла для электромагнитного излучения, которые известны специалистам в области оптики и описаны, например, в книге М. Борна и Е. Фульфа "Основы оптики", Нью-Йорк, Пергаммон Пресс, 1980 (М. Born and E. Wolf in Principles of Optics, New York, Pergammon Press (1980)). Также известно, что уменьшить величину отражения позволяют слои из прозрачных материалов с коэффициентами преломления, отличными от коэффициента преломления подложки. Величина этого уменьшения зависит от показателя преломления материалов покрытия, который зависит от длины волны, и их толщины, а также от длины волны, поляризации и угла падения светового пучка. Разработка и изготовление таких покрытий полностью описано в главах 3 и 9 в работе Х.А. Маклеода "Тонкопленочные оптические фильтры", Нью-Йорк: МакГроу-Хил, 1989 (Н.А. Macleod, Thin Film Optical Filters, (New York: McGraw-Hill) (1989)).

Чувствительность оптической системы глаза человека также изменяется от длины волны светового пучка и его угла падения, например, как описано в работах Гюнтера Вайжески и У.С. Стайлза "Наука цвета: понятия и методы, количественные данные и формула", Нью-Йорк: Уилей, 1982 (Gunter Wyszecki and W.S. Stiles (New York: Wiley) (1982)) и Николаса Уейда и Михаеля Суонстона "Зрительное восприятие", Лондон: Роутледж, 1991 (Visual Perception by Nicholas Wade and Michael Swanston (London: Routledge) (1991)). Эту функцию чувствительности зрения человека с успехом можно использовать при разработке и изготовлении оптических изделий с покрытием, имеющим толщину покрытия и составы, позволяющие минимизировать воспринимаемое угловое и спектральное изменение френелевского отражения от изделий.

В способах создания просветляющих (AR) покрытий предыдущего уровня техники используется осаждение из паровой фазы, при котором электронные лучи высокой энергии используются для нагревания образцов из неорганических веществ, таких как титан (Ti), кремний (Si), или фторид магния (MgF₂), в вакуумной камере до тех пор, пока они не испарятся и не осядут на охлаждаемую подложку. Поток испаряемого материала является изотропным и уменьшается с квадратом расстояния между подложкой, на которую необходимо нанести покрытие, и источником испарения. В этом способе необходимо иметь вакуумную камеру, размеры которой являются большими по сравнению с размерами подложки. Типичным примером осуществления этих способов является система для осаждения в высоком вакууме модели 1100 (Лейболд-Хереауз ГмбХ, Ханау, Германия (Leybold-Hereaus GmbH, Hanau, Germany)) и система для нанесения покрытий в высоком вакууме ВАК 760 (Балзерз А.Г., Лихтенштейн (Balzers A.G., Liechtenstein)). Низкая скорость получения просветляющих покрытий с помощью способов предшествующего уровня техники, а также высокая стоимость покупки, эксплуатации и технической поддержки устройства, ограничивает их использование с основным промышленным оборудованием. Поэтому, необходимо разработать способ получения просветляющих покрытий на очковых линзах, при реализации которого потребуются только компактные, недорогие аппаратные средства и которые можно выполнить в любом месте, таком как предприятие розничной продажи оптических изделий.

Способ напыления также приводит к нагреванию подложки, потому что конвективное охлаждение является неэффективным в вакууме, и нагретые элементарные вещества испускают тепловое излучение, которое может поглощаться подложкой. Нагревание может привести к повреждению подложки, такому как внутреннее механическое напряжение и деформация, особенно пластмассовых подложек. Поэтому, чтобы избежать такое повреждение, просветляющее покрытие необходимо наносить при комнатной температуре или близкой к ней.

В известных просветляющих покрытиях для уменьшения коэффициента отражения используется один или несколько слоев из тугоплавких материалов, таких как неорганические оксиды, нитриды или фториды. Широко используемые для таких просветляющих покрытий тонкопленочные вещества описаны в главе 9 и приложении I у Маклеода (Macleod) и включают в себя оксиды Al, Sb, Be, Bi, Се, Hf, La, Mg, Nd, Pr, Sc, Si, Та, Ti, Th, Y и Zr. Табличное представление Маклеода также включает в себя фториды Bi, Са, Се, Na, Pb, Li, Mg, Nd и Th, а также несколько сульфидов и селенидов. Подобное табличное представление представлено в таблице 4.1 на странице 179 в работе Ш.А. Фурмана и А.В. Тихонравова "Оптика многослойных систем", Франция, 1992 (Sh. A. Furman and A.V. Tikhonravov, Editions Frontieres: Gif-sur-Yvette, France, 1992).

Проблема, связанная с этими просветляющими покрытиями, заключается в том, что механические характеристики неорганических соединений, такие как коэффициент теплового расширения и модули упругости, значительно отличаются у пластмассовых подложек. Поэтому более предпочтительным является нанесение слоя из органического просветляющего покрытия. К тому же требуется получить слой просветляющего покрытия, свойства которого являются промежуточными между известными неорганическими просветляющими покрытиями и пластмассовыми подложками и который выполняет роль переходного слоя между органическими и неорганическими слоями.

Коэффициент отражения оптического изделия с покрытием сильно зависит от толщины слоя или слоев с просветляющим покрытием. В предшествующем уровне техники для измерения скорости осаждения массы толщину покрытия контролируют с использованием кварцевых микровесов по месту (in situ). Масса пленки не входит непосредственно в уравнения, которые описывают оптические свойства слоя. Представляется очень выгодным контролировать рост пленки с помощью оптического сигнала, который наиболее тесно связан со свойствами просветляющего покрытия, нанесенного на изделие.

Согласно настоящему изобретению разработано просветляющее покрытие с одним или несколькими тонкими слоями с использованием свойств преломления, зависящих от длины волны и угла падения. Воспринимаемый коэффициент отражения, который характеризует зависящий от длины волны и угла падения коэффициент френелевского отражения с помощью угловой и спектральной чувствительности системы зрения человека, минимизируется, подчиняясь ограничениям, которые накладываются на имеющиеся вещества слоев.

Слои (которые упоминаются так же как "покрытия" или "пленки") формируют с помощью плазменного химического осаждения из паровой фазы (ПХОПФ (RECVD)) летучих предшественников типа с-С₄F₈, Si(СН₃)₄, Ti (OC₂H₅)₄, С₄Н₄O и С₆Н₆. В состав предшественников входят органические и органометаллические соединения, и полученные в результате слои могут быть оптически дисперсионными (то есть, иметь изменение коэффициента преломления от длины волны). С другой стороны, результирующий слой (слои) может и не быть оптически дисперсионным.

Из компактной камеры, которая немного больше, чем подложка, на которую будут наносить покрытие, откачивают воздух и продувают химически инертным газом. Электрическую энергию передают непосредственно газу с использованием электродов и прикладывают статическое электрическое поле косвенно через емкостную или индуктивную связь с использованием изменяющихся во времени электрических полей. В результате получают плазму с низкой степенью ионизации. Подложки предпочтительно очищают, например, с помощью напыления на поверхности положительных ионов, полученных в плазме инертного газа (например, Не, Аr, N₂), или с помощью травления поверхности в химически активной плазме (например, O₂, HBr). Затем в камеру подают один или несколько летучих молекулярных предшественников или смешанный с инертным газовым потоком и электрически возбужденный состав. Электрическая энергия приводит к возбуждению, диссоциации и ионизации предшественника (предшественников) и к получению химически активных фрагментов, которые транспортируются к поверхности линзы и полимеризуются или коалесцируются с образованием пленки.

В одном варианте осуществления изобретения просветляющий слой образуется с помощью катионов (например, C₂F₄ ⁺, Si(СН₃)₃ ⁺), которые ускоряются с помощью электростатической оболочки на границе плазмы до сверхтепловой кинетической энергии (более 0,025 эВ). Эти слои обладают свойствами преломления, которые зависят от предшественника, условий осаждения и толщины пленки. Таким способом получают одно- и многослойные просветляющие покрытия.

В предпочтительном варианте осуществления, просветляющая пленка имеет, по меньшей мере, один слой полимерного фторуглерода, например, полученного способом ПХОПФ из с-C₄F₈, C₂F₄, или другие перфторированные вещества предшественника. Эти фторполимерные пленки имеют коэффициенты преломления обычно менее 1,4 и могут служить в качестве используемых однослойных просветляющих покрытий, а также как элементы в многослойных структурах.

В другом варианте осуществления органометаллический слой, например, сформированный способом ПХОПФ из (CH₃)₄Si или (СН₃)₄SiН, используется для улучшения сцепления между органической подложкой или слоем и неорганической подложкой или слоем. В другом варианте осуществления, один или несколько оптически тонких металлических слоев, таких как слой хрома, можно осадить из органометаллического предшественника, такого как хлорид хромила, для улучшения адгезии слоя (слоев).

Настоящее изобретение также предусматривает способ для оптического контроля за чистотой подложки и выращиванием пленки с использованием светоизлучающего диода с поляризованным излучением, поляризационного оптического фильтра и фотодиода. Обратная связь с оптическим контрольно-измерительным прибором используется для управления процессами очистки и осаждения просветляющего покрытия, например, при управлении скоростью потока предшественника, давлением в камере или электрическим возбуждением поодиночке или в комбинации, для получения одно- и многослойных пленок или покрытий с заданными свойствами просветления.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: фиг. 1 изображает трехмерный график коэффициента отражения для s-поляризации ("поляризации, перпендикулярной плоскости падения пучка") в зависимости от длины волны и угла падения для просветляющего покрытия, согласно одному варианту осуществления изобретения; фиг. 2 изображает трехмерный график коэффициента отражения для р-поляризации ("поляризации, параллельной плоскости падения пучка") в зависимости от длины волны и угла падения для рассматриваемого просветляющего покрытия (фиг.1); фиг. 3 изображает график чувствительности зрения человека в зависимости от длины волны; фиг. 4 изображает график чувствительности зрения человека в зависимости от угла падения; фиг. 5 изображает график коэффициента отражения в зависимости от длины волны для нескольких значений оптической толщины рассматриваемого просветляющего покрытия (фиг.6); фиг. 6 изображает график коэффициента отражения в зависимости от длины волны для нескольких значений оптической толщины просветляющего покрытия, согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг. 7 изображает график коэффициента отражения для s-поляризации в зависимости от оптической толщины при нескольких углах падения для просветляющего покрытия, согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг.8 изображает график коэффициента отражения для р-поляризации в зависимости от оптической толщины при нескольких углах падения для рассматриваемого просветляющего покрытия (фиг.5); фиг. 9 изображает схематический чертеж устройства для оптического контроля за процессом выращивания пленки на подложке; фиг. 10 изображает схематический чертеж предпочтительного устройства для получения просветляющих покрытий на оптических подложках, согласно настоящему изобретению; фиг. 11 изображает график коэффициента отражения в зависимости от длины волны для многослойного просветляющего покрытия, согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг.12 изображает график коэффициента отражения для s-поляризации в зависимости от длины волны для рассматриваемого просветляющего покрытия (фиг. 11); фиг.13 изображает в схематическом виде поперечное сечение глазной линзы, изготовленной согласно настоящему изобретению, с одним просветляющим слоем и фиг. 14 изображает схематически вид в поперечном сечении глазной линзы, изготовленной согласно настоящему изобретению, с двумя просветляющими слоями.

Настоящее изобретение предусматривает способы и устройство для уменьшения отражения от оптических подложек и новые одно- и многослойные просветляющие покрытия, нанесенные на оптические подложки. В этом описании термины "оптические материалы", "оптические подложки" и "оптические изделия" относятся к прозрачным или полупрозрачным материалам, таким как стекло и пластмасса, и изделиям, изготовленным из таких материалов. Не ограничивающие примеры таких изделий включают в себя линзы, окна, экраны телевизоров и мониторов компьютеров и ветровые стекла.

Коэффициент отражения R равен отношению интенсивности отраженной части светового пучка I_r к интенсивности падающего зондирующего светового пучка I_i: Коэффициент отражения в зависимости от длины волны светового пучка , угла падения и поляризации Р светового пучка. Он равен произведению коэффициента френелевского отражения на комплексно-сопряженный коэффициент френелевского отражения ^*, который можно также выразить в терминах оптической проводимости для среднего числа у₀ подложки и среднего числа у_i для падающего пучка. Оптическая проводимость Y=2,654410^-3(n-ik)=(С/В), (2) где n - действительная часть показателя преломления, k - поглощающая (мнимая) часть показателя преломления и численная постоянная - коэффициент преобразования для величин SI. Оптическая проводимость оптического изделия в случае, когда одни или несколько тонких слоев образованы на подложке, проводимость которой _m становится равной Y=(С/В), где С и В вычисляют при решении матричного уравнения где _r является наклонной оптической проводимостью, в частности, одного из слоев. В уравнении (3) аргумент тригонометрических функций для каждого слоя г, физическая толщина которого равна d_r, имеет вид _r = 2(n-ik)d_rcos(_r)/. (4) При нормальном падении (= 0) и проводимость является одинаковой для любой поляризации. При других углах падения падающая волна расщепляется на две поляризации p и s и определяет наклонные оптические проводимости _p = 2,654410^-3(n-ik)/cos(); _s = 2,654410^-3(n-ik)cos(), (5) которые приводят к общему коэффициенту отражения R, передаче Т и поглощению А в виде формул: где нижние индексы 0 и m относятся к среде и подложке, на которые падает световой пучок, соответственно. Вывод этих уравнений описан в главе 1 у Х.А. Маклеода.

Примеры решения этих уравнений с использованием длин волн в интервале 300 и 750 нм и углов вплоть до 60^o для поликарбонатовой подложки с покрытием SiO₂ толщиной 200 нм и полимера CF_x толщиной 135 нм показаны на фиг.1 и 2 для s- и р-поляризованных световых пучков. Изменения в подложке, свойств преломления слоев или порядка, в котором их наносят на подложку, приводят к сложным, но легко вычисляемым изменениям коэффициента отражения R (, , Р).

Чувствительность зрения человека изменяется от оптической длины волны и угла падения, как обусловлено, например, в работах Гюнтера Вайжески и У.С. Стайлза, "Наука цвета: понятия и методы, количественные данные и формулы", Нью-Йорк: Уилей, 1982 (Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae by Gunter Wyszecki and W.S. Stiles (New York: Wiley) (1982) и Николаса Уейда и Михаеля Суэн-стона "Зрительное восприятие", Лондон: Роутледж, 1991 (Visual Perception by Nicholas Wade and Michael Swanston (London: Routledge)(1991)). Однако оптическая система глаза человека не чувствительна к поляризации. График S (X) чувствительности зрения человека в зависимости от длины волны графически изображен на фиг.3, на котором показана чувствительность для каждой зоны цветоразличения (обычно красной, зеленой и синей), а также суммарная чувствительность. Эта суммарная чувствительность называется дневной чувствительностью. На фиг.4 изображены средние значения для чувствительности зрения человека для светового пучка в зависимости от угла S () во всем диапазоне углов. Хотя глаз человека обнаруживает световой пучок, который преломляется при прохождении через роговую оболочку во всем диапазоне горизонтальных угловых отклонений 208^o и вертикальных отклонений 120^o, глаз не ощущает световой пучок во всем этом диапазоне углов с равной чувствительностью и точностью, при этом такое изменение описывается чувствительностью S(). Как и в случае для глазных рецепторов, имеются средние значения и стандартные отклонения от этих средних значений, которые представлены в работе Брайэна Уандела "Основы зрения", Сандерлэнд, МА: Синауер Ассошиэйтс, 1955 (Brian Wandell, Foundations of Vision (Sunderland, MA: Sinauer Associates) (1995). Как показано на фиг.3, зрение человека имеет самую высокую спектральную чувствительность приблизительно на длине волны 550 нм. Как показано на фиг.4, зрение человека имеет самую высокую чувствительность в диапазоне углов приблизительно 20^o относительно центрального фиксированного положения. Функция S() зависит от физиологических переменных особенностей, таких как размер и положение носа, структура роговой оболочки и оптическая однородность и другие факторы, похожие на те, которые известны из практики предшествующего уровня техники, связанного с психофизическим восприятием.

Согласно настоящему изобретению, структура просветляющего покрытия основана на воспринимаемом отражении. Воспринимаемое наблюдателем отражение F светового пучка от поверхности определяется как интеграл от произведения коэффициента отражения R(, ) на функцию чувствительности человека S(, ): F = S(, )R(, )dd, (7) где R(, ) - средний коэффициент отражения для р- и s-поляризаций и используется потому, что оптическая система зрения человека не чувствительна к поляризации.

Значение F зависит от показателей преломления, которые зависят от длины волны, сред подложки и слоя и от толщины слоев.

Согласно одному аспекту изобретения, статистически определенные средние значения S(, ) для заданной совокупности людей используются для определения предпочтительного коэффициента чувствительности, который будет использоваться при разработке просветляющего покрытия. Однако построение индивидуальных профилей для отдельного человека с такими специфическими ограничениями по S(), которые могут возникать, например, у отдельных людей, которые являются слепыми на один глаз или которые страдают от пятнообразного вырождения, также предусмотрено настоящим изобретением.

Воспринимаемый коэффициент отражения F численно оценивается для одного или нескольких слоев на оптической подложке в зависимости от толщины, состава и порядка, в котором они наносятся на подложку. R(, ) вычисляют во всем диапазоне значений толщины для каждого слоя просветляющего покрытия. Для многослойного просветляющего покрытия R(, ) вычисляют во всем диапазоне значений толщины для каждого слоя при сохранении постоянными значений толщины других слоев, тогда как для однослойного просветляющего покрытия R(, ) просто вычисляют во всем диапазоне значений толщины для одного слоя. Например, при разработке оптимального многослойного просветляющего покрытия, содержащего первый слой TiO на подложке, с физической толщиной d₁, и второй слой CF_x, с физической толщиной d₂, R(, ) вычисляют для данной толщины d₂ слоя CF_x, например, 10 нм, и так далее, так что область значений d₁ вычисляют во всем диапазоне d₂, то есть, во всем диапазоне 5-300 нм с интервалами 5 нм. Из уравнения (7) воспринимаемый коэффициент отражения F вычисляют для этого просветляющего покрытия из произведения R(, )S(, ) для вычисленных значений R(, , d) во всем диапазоне значений толщины d₁=5-300 нм и d₂=5-300 нм. Один или несколько минимальных значений F затем определяют из вычисленных значений F во всем диапазоне значений толщины d₁, d₂.

Состав и порядок может ограничиваться другими характеристиками вещества, такими как адгезия, поверхностная энергия, стойкость к химическому воздействию и так далее. Согласно настоящему изобретению, предпочтительная толщина, состав и порядок слоев в просветляющем покрытии позволяют минимизировать значение F, удовлетворяющее указанным ограничениям.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, на оптическую подложку, имеющую воспринимаемый усредненный коэффициент отражения F₀, наносят просветляющее покрытие, разработанное так, как описано выше, так что воспринимаемый усредненный коэффициент отражения F_AR изделия с покрытием меньше F₀ и, предпочтительно, меньше или равно приблизительно половине F₀. В этом случае "воспринимаемый усредненный коэффициент отражения" равен воспринимаемому коэффициенту отражения, вычисленному из статистически определенных средних значений характеристики чувствительности S(, ) человека.

Сразу после определения предпочтительных систем подложки и слоя (слоев) (в терминах составов, толщины и порядка осаждения) следует этап подготовки изделия с покрытием.

Согласно настоящему изобретению, одну или несколько подложек, таких как глазные линзы, помещают в компактную камеру, которая немного больше, чем подложка (подложки), на которую будут наносить покрытие. Предпочтительно, чтобы камера имела объем не более приблизительно двух объемов подложек, на которые будут наносить покрытие. Из камеры откачивают воздух и продувают химически инертным газом, таким как аргон или азот. Для получения плазмы инертный газ возбуждают с помощью электрической мощности. Поверхность подложки очищают, с распылением над ней инертного газа (например, Не, N₂, Ar) или с помощью химического травления поверхности с использованием химически активного газа (например, O₂, HBr), как известно из предшествующего уровня техники обработки плазмой.

Для получения плазмы один или несколько молекулярных предшественников (которые описываются ниже) смешивают с потоком инертного газа и возбуждают с помощью электрической энергии. Плазма приводит к возбуждению, диссоциации и ионизации предшественника, а также к получению химически активных фрагментов, которые транспортируются к поверхности подложки и полимеризируются с образованием пленок. Эти пленки обладают свойствами преломления, которые зависят от предшественников, условий осаждения и значений толщины пленки, поэтому можно синтезировать достаточно много разнообразных однослойных и многослойных покрытий, которые уменьшают отражение.

Не ограничивающие примеры молекулярных предшественников, состава получившейся в результате пленки и средний коэффициент преломления пленки представлены в таблице.

Обнаружено, что конкретно используемый класс предшественников содержит перфторированные органические соединения, такие как перфторалифатические, перфторциклоалифатические и другие фторуглеродные соединения. Не ограничивающие примеры включают в себя перфторциклобутан, гексафторэтан, тетрафторэтилен и гексафторпропан. Полимерные фторуглеродные пленки, изготовленные посредством плазменного осаждения таких предшественников, имеют очень низкие коэффициенты преломления, обычно менее 1,4, что делает их хорошо подходящими для использования в просветляющих покрытиях. Теоретическая база для получения низкого коэффициента преломления фторполимерных материалов обсуждена в работе У. Гроха и А. Циммермана "Макромолекулы", 24, 6660-3, 1991 (W. Groh and A. Zimmerman in Macromolecules, 24, 6660-3 (1991)). Предпочтительно, фторполимерные пленки широко используются благодаря их полезным маслянистым свойствам, таким как способность отталкивать воду и повышать чистоту подложки. Такие свойства обычно не изменяются заметно от толщины фторполимерной пленки.

Типичный пример изменения коэффициента отражения от толщины однослойного просветляющего покрытия показан на фиг. 5. Коэффициент отражения от слоя толщиной 250 нм на оптической длине волны 500 нм равен коэффициенту отражения подложки без покрытия, хотя слой толщиной 387 нм (3/4 от длины волны 516 нм) уменьшается до значения, равного коэффициенту отражения, который наблюдается для 1/4 слоя волны (125 нм) на длине волны 500 нм. Другими словами, фторутлеродный состав, не отвечающий, сам по себe, требованиям получения свойств просветления. Толщину слоя необходимо выбирать и точно управлять для того, чтобы достигнуть свойства просветления. В случае однослойной фторполимерной пленки, локальные минимумы функции воспринимаемого коэффициента отражения F получают тогда, когда оптическая толщина становится кратной 550/4. (Оптическая толщина nd_r равна произведению коэффициента преломления n слоя на физическую толщину d_r).

Важной особенностью настоящего изобретения является то, что отражение поляризованного светового пучка на одной или нескольких длинах волн и под одним или несколькими углами падения используется для контроля и управления процессом выращивания просветляющего покрытия. После выбора толщины (нескольких значений толщины) и состава (составов), уравнения (2)-(6) решают для дискретных значений толщины слоя вплоть до и включая предпочтительную толщину. Для каждой промежуточной толщины, результат выглядит в виде трехмерных поверхностей, одна для коэффициента отражения для s-поляризации, а другая для коэффициента отражения для р-поляризации (фиг.1 и 2). На фиг.6 изображены поперечные сечения этих поверхностей при нормальном падении ( =0) для полимерной фторуглеродной пленки на поликарбонате в диапазоне значений оптической толщины от 90 до 180 нм и оптических длин волн в пределах 350 и 750 нм. На фиг.7 и 8 изображены поперечные сечения (через одинаковые поверхности) при углах падения 0, 10, 20, 30, 40 и 50^o и фиксированной длине волны 500 нм. (Из уравнения (5) следует, что коэффициенты отражения для р- и s-поляризации являются идентичными при нормальном падении).

Используя изменение коэффициента отражения R(, , P) за счет выбора толщины пленки, одну или несколько зондирующих длин волн и один или несколько зондирующих углов выбирают для оптического мониторинга по месту за процессом нанесения просветляющего покрытия. Выбор основывается на изменении коэффициента отражения во всем диапазоне толщины, где необходимо производить управление, например, в случае, когда выполняют переключение между двумя предшественниками пленки. Кроме того, длину волны зондирующего пучка выбирают предпочтительно так, чтобы избежать излучения на длинах волн, на которых эмиссия плазмы оказывала бы помеховое влияние на детектор. Подобным способом, угол падения зондирующего пучка ограничивается геометрией реактора и общей чувствительностью, при этом необходимо избегать углы менее приблизительно 5^o или равные приблизительно 90^o, так как под этими углами электроды или другие конструктивные элементы могут мешать передаче или приему зондирующего светового пучка.

Выращивание пленки на подложке контролируется оптическим способом с использованием источника оптического излучения, например, светоизлучающего диода с поляризованным излучением, и детектора, например, поляризационного оптического фильтра, в комбинации с фотодиодом. Результаты измерений, полученные с помощью прибора, предназначенного для контроля за процессом выращивания пленки, используются с системой обратной связи, предназначенной для управления скоростью осаждения пленок, что позволяет получать пленки с заданными свойствами просветления. Система обратной связи управляет скоростью осаждения с помощью управления скоростью потока предшественника, возбуждения плазмы и/или давлением в камере.

Один вариант осуществления оптического контрольно-измерительного прибора 14 схематично изображен на фиг.9. Источник 36 света излучает зондирующий световой пучок 37 с определенной длиной волны и поляризацией. В этом варианте осуществления, источником 36 света является лампа 38 с поляризационным фильтром 40 и интерференционным фильтром 42. С другой стороны, источником света является лазер или светоизлучающий диод с поляризованным излучением. Зондирующий световой пучок может быть монохроматическим, однако это не является обязательным требованием. Длина волны зондирующего светового пучка может иметь узкую или даже среднюю ширину полосы, так как это позволяет легко обнаружить изменения коэффициента отражения в требуемой толщине осажденного слоя для системы обратной связи, которая обсуждается более подробно ниже. Длину волны или ширину полосы фильтрованного зондирующего светового пучка выбирают так, чтобы он отличался от длин волн окружающего света или света, который излучается с помощью активной плазмы во время процесса ПХОПФ. Зондирующий световой пучок имеет определенный угол падения на поверхность подложки. Зондирующий световой пучок проходит через окно 44 и падает на подложку. Лицевая сторона окна 44 позиционируется перпендикулярно падающему зондирующему световому пучку, и окно устанавливается в конце узкой трубы 46, которая должна быть достаточно длинной для того, чтобы препятствовать осаждению пленки на его внутреннюю поверхность, например, обычно ее длина должна быть в четыре раза больше диаметра окна.

Угол падения зондирующего светового пучка, падающего на подложку, ограничивается частично за счет размещения и оптических свойств окна 44. Угол может принимать значения в диапазоне от 0 до 90^o, с предпочтительным углом в пределах приблизительно 5 и 50^o для избежания интерференции за счет отражения от поверхностей окна и облегчения юстировки.

Часть зондирующего светового пучка отражается от поверхности подложки, тогда как неотраженная часть пучка преломляется и/или поглощается, поскольку он проходит через осажденную пленку и подлежащую подложку. Отраженная часть зондированного светового пучка проходит через подходящее размещение позиционированного детектора, которое включает в себя трубку 48, окно 50, интерференционный фильтр 52, поляризационный фильтр 54 и детектор 56, например, компактный фотоэлектронный умножитель или фотодиод. Длина трубки 48 также должна быть приблизительно в четыре раза больше его диаметра для защиты поверхности окна от предшественников пленки. Влиянием светового излучения плазмы управляют с помощью выбора зондирующей длины волны, или ширины полосы, в которой плазма не излучает. Интерференционный и поляризационный фильтры позволяют пропускать только длину волны зондирующего светового пучка, обеспечивая, таким образом, точное считывание интенсивности отраженной части зондирующего светового пучка.

На фиг. 10 схематически изображено устройство 10 способа плазменного химического осаждения из паровой фазы (ПХОПФ), согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, с физическими размерами, подходящими для размещения пары глазных (очковых) линз, которые могут быть стеклянными или пластмассовыми (например, поликарбонат, смолы бис-фенол А, такие как CR-39^ТМ, поставляемые фирмой ППГ Индастриез (PPG Industries) и так далее). Устройство ПХОПФ включает в себя микропроцессор 12, оптический контрольно-измерительный прибор 14, источник 16 реактивов, впускной коллектор 18, нагнетательный клапан 20, расходный клапан 22, плазменный реактор 24, источник питания 26, держатель 28 подложек, вакуумный насос 30 и выпускной фильтр 32. Пластмассовые или стеклянные глазные подложки 34 (в этом случае пара глазных линз) устанавливают или размещают на держателе 28 подложек и вводят в камеру плазменного реактора, которая предпочтительно имеет объем меньше, приблизительно, в два раза, чем у подложки (подложек), предназначенной для нанесения покрытия.

В способ ПХОПФ входят следующие операции: размещают подложку в камере реактора, пропускают, по меньшей мере, один материал предшественника, позволяющий формировать требуемый слой через камеру в ламинарном потоке, относящемся к поверхности покрытия и при соответствующем давлении, и затем вырабатывают электрическое поле для образования плазмы с предшественником (предшественниками). Связь энергии в газе проис