Ionestråleforstøvningsteknologi (IBS) har avansert UV-laseroptikk sterkt de siste 25 årene på grunn av dens evne til å avsette optiske filmer av høy kvalitet for ultrafiolett (UV) laserapplikasjoner (se figur 1). Optikk av høy kvalitet manipulerer og retter laserstrålen og er avgjørende for laserytelse og levetid. Biomedisinsk, halvlederbehandling, mikrobearbeiding og andre UV-laserapplikasjoner fortsetter å vokse takket være IBS-teknologi.
Mens UV-optiske filmer står overfor mange utfordringer, har bruken av IBS-teknologi gjort det mulig å deponere høykvalitets UV-optiske filmer.
Møte utfordringene til UV-laseroptikk
Utfordringene til UV-laseroptikk er todelt: absorpsjonsforbedring, som reduserer laserkraften, og spredningsforbedring, som reduserer intensiteten til laseren. Optiske filmer kan bli ytterligere skadet hvis filmspenning, støkiometri eller filmtetthet ikke er optimalisert. Belegg er det svakeste leddet, og optiske belegg vil bli optimalisert hvis det gjøres forbedringer i viktige prosesstrinn som optisk beleggdesign, rensing av underlag, avsetning og behandling etter avsetning.
Vår forskning fokuserer på ulike produksjonsaspekter ved optisk belegg, inkludert målvalg, oksygentrykk, sputterenergi og glødetid, med mål om å forbedre kvaliteten på optiske belegg for IBS-systemer (se figur 2) [1]. Effektene av forskjellige prosessforhold og etteravsetningsgløding på HfO2 og SiO2 optiske tynnfilmer har blitt undersøkt de siste årene. Parametrene som er analysert inkluderer:
- Effekten av metalliske og dielektriske sputteringsmål på UV-egenskaper;
-Effekt av oksygen (O2) partialtrykk på støkiometri og filmegenskaper;
- Effekten av ioneassisterte kilder og stråleenergi på film- og avsetningsegenskaper;
- Effekten av gløding på støkiometri, spenning og filmegenskaper.
Dette prosjektet hos Veeco fokuserer på optiske belegg i Nd:YAG-lasere. Oksydfilmer kan sputteres fra oksid- eller metallmål. [2] Metallmål har lavere absorpsjon, men høyere sputterhastighet. En høyere sputterhastighet vil forbedre beleggeffektiviteten så lenge andre filmparametere er tilfredsstilt. Ved avsetning av HfO2-tynne filmer er partialtrykket til O2 en avgjørende prosessparameter, og dersom O2-partialtrykket ikke oppfyller kravene, er filmene utsatt for strukturelle defekter. Spesielt produserer oksygenmangel sub-bandgap elektroniske tilstander som induserer laserskade på optiske komponenter. Ulikevekts HfO2-filmer med lavt oksygeninnhold er svært absorberende og ugjennomsiktige, og kan ikke oppfylle kravene til UV-laseroptikk.
Ionestråleenergi og gløding
Ionestråleenergi er et annet kritisk prosesselement. Når du pletterer SiO2-filmer, reduserer ionstråleenergien absorpsjonen av SiO2-filmen, og forbedrer dermed ytelsen til lasersystemet. Dette har imidlertid en kostnad. Mens senking av ionestråleenergien forbedrer filmkvaliteten, reduserer det også avsetningshastigheten, noe som påvirker produktiviteten. I SiO2-prosessen bidrar bruken av en hjelpestråle til å øke overføringshastigheten.
For HfO2-filmer avtar motstanden mot laserskader med økende hjelpestråleenergi. Åpenbart spiller optimering av sputterenergi en avgjørende rolle for filmens kvalitet.
Utglødning spiller også en nøkkelrolle i kvaliteten på filmen, da det er et kritisk skritt for å oppnå lavest tap og høyest motstand mot laserskader. Under sputterprosessen er de avsatte filmene utsatt for trykkspenninger og defekter på grunn av høyenergiavsetning. Gløding hjelper til med å frigjøre spenningen og eliminere hengende bindinger som skapes under sputterprosessen.
Glødeprosessen endrer også litt det støkiometriske forholdet til filmen. Ideelt sett bør gløding redusere filmspenningen og resultere i optimale optiske egenskaper. Veecos forskning har vist at gløding kan forbedre egenskapene til avsatte filmer, men gløding for lenge eller ved for høy temperatur kan også være skadelig. Når glødeforholdene ikke er riktige, øker grensesnittruheten og filmen kan krystallisere. Antall lag og sammensetning av optiske filmer kan variere for ulike UV-laserapplikasjoner, så glødetiden bør optimaliseres for hvert lag.
