Tehnologija raspršivanja ionskim snopom (IBS) snažno je unaprijedila UV lasersku optiku tijekom proteklih 25 godina zbog svoje sposobnosti taloženja visokokvalitetnih optičkih filmova za ultraljubičaste (UV) laserske primjene (vidi sliku 1). Visokokvalitetna optika manipulira i usmjerava lasersku zraku i ključna je za performanse i životni vijek lasera. Biomedicinska obrada, obrada poluvodiča, mikrostrojna obrada i druge UV laserske primjene nastavljaju rasti zahvaljujući IBS tehnologiji.
Dok se UV optički filmovi suočavaju s mnogim izazovima, pojava IBS tehnologije omogućila je odlaganje visokokvalitetnih UV optičkih filmova.
Suočavanje s izazovima UV laserske optike
Izazovi s kojima se suočava UV laserska optika su dvojaki: povećanje apsorpcije, koje smanjuje snagu lasera, i poboljšanje raspršenja, koje smanjuje intenzitet lasera. Optički filmovi mogu se dodatno oštetiti ako se napetost filma, stehiometrija ili gustoća filma ne optimiziraju. Premaz je najslabija karika, a optički premazi bit će optimizirani ako se uvedu poboljšanja u ključne korake obrade kao što su dizajn optičkog premaza, čišćenje supstrata, taloženje i obrada nakon taloženja.
Naše istraživanje usmjereno je na različite aspekte proizvodnje optičkih premaza, uključujući odabir mete, tlak kisika, energiju raspršivanja i vrijeme žarenja, s ciljem poboljšanja kvalitete optičkih premaza za IBS sustave (vidi sliku 2) [1]. Učinci različitih procesnih uvjeta i žarenja nakon taloženja na HfO2 i SiO2 optičke tanke filmove istraženi su posljednjih godina. Analizirani parametri uključuju:
-Učinak metalnih i dielektričnih meta za prskanje na UV svojstva;
-Utjecaj parcijalnog tlaka kisika (O2) na stehiometriju i svojstva filma;
-Učinak ionski potpomognutih izvora i energije snopa na svojstva filma i taloženja;
-Učinak žarenja na stehiometriju, naprezanje i svojstva filma.
Ovaj projekt u tvrtki Veeco fokusiran je na optičke premaze u Nd:YAG laserima. Oksidni filmovi mogu se raspršiti s oksidnih ili metalnih meta. [2] Metalne mete imaju manju apsorpciju, ali veće stope raspršivanja. Veća stopa raspršivanja poboljšat će učinkovitost premazivanja sve dok su ostali parametri filma zadovoljeni. Prilikom taloženja tankih filmova HfO2, parcijalni tlak O2 je ključni procesni parametar, a ako parcijalni tlak O2 ne zadovoljava zahtjeve, filmovi su skloni strukturnim defektima. Konkretno, nedostatak kisika proizvodi elektronska stanja ispod razmaka koja uzrokuju lasersko oštećenje optičkih komponenti. Neuravnoteženi HfO2 filmovi s niskim sadržajem kisika visoko su apsorbirajući i neprozirni te ne mogu zadovoljiti zahtjeve UV laserske optike.
Energija ionskog snopa i žarenje
Energija ionske zrake još je jedan kritični element procesa. Prilikom presvlačenja SiO2 filmova, smanjenje energije ionske zrake smanjuje apsorpciju SiO2 filma, čime se poboljšava rad laserskog sustava. Međutim, to ima svoju cijenu. Dok smanjenje energije ionske zrake poboljšava kvalitetu filma, ono također smanjuje stopu taloženja, što utječe na produktivnost. U procesu SiO2, korištenje pomoćne zrake pomaže povećati brzinu prijenosa.
Za HfO2 filmove, otpornost na lasersko oštećenje opada s povećanjem energije pomoćne zrake. Očito, optimizacija energije raspršivanja igra presudnu ulogu u kvaliteti filma.
Žarenje također igra ključnu ulogu u kvaliteti filma, budući da je to ključni korak za postizanje najmanjih gubitaka i najveće otpornosti na oštećenje laserom. Tijekom procesa raspršivanja, naneseni filmovi podložni su tlačnim naprezanjima i defektima zbog visokoenergetskog taloženja. Žarenje pomaže u otpuštanju napetosti i uklanjanju visećih veza stvorenih tijekom procesa raspršivanja.
Proces žarenja također malo mijenja stehiometrijski omjer filma. U idealnom slučaju, žarenje bi trebalo smanjiti naprezanje filma i rezultirati optimalnim optičkim svojstvima. Veecovo istraživanje pokazalo je da žarenje može poboljšati svojstva nanesenih filmova, ali predugo žarenje ili žarenje na previsokoj temperaturi također može biti štetno. Kada uvjeti žarenja nisu odgovarajući, hrapavost sučelja se povećava i film može kristalizirati. Broj slojeva i sastav optičkih filmova mogu varirati za različite primjene UV lasera, tako da vrijeme žarenja treba optimizirati za svaki sloj.
