Tehnologija raspršivanja ionskim snopom (IBS) snažno je unaprijedila UV lasersku optiku u posljednjih 25 godina zbog svoje sposobnosti nanošenja visokokvalitetnih optičkih filmova za primjenu ultraljubičastih (UV) lasera (vidi sliku 1). Visokokvalitetna optika manipuliše i usmjerava laserski snop i ključna je za performanse i vijek trajanja lasera. Biomedicinska, poluprovodnička obrada, mikromašinska obrada i druge primjene UV lasera nastavljaju rasti zahvaljujući IBS tehnologiji.
Dok se UV optički filmovi suočavaju s mnogim izazovima, pojava IBS tehnologije omogućila je nanošenje visokokvalitetnih UV optičkih filmova.
Suočavanje s izazovima UV laserske optike
Izazovi s kojima se suočava UV laserska optika su dvostruki: poboljšanje apsorpcije, koje smanjuje snagu lasera, i poboljšanje raspršenja, koje smanjuje intenzitet lasera. Optički filmovi mogu biti dodatno oštećeni ako napon filma, stehiometrija ili gustina filma nisu optimizirani. Premazivanje je najslabija karika, a optički premazi će biti optimizirani ako se naprave poboljšanja u ključnim koracima obrade kao što su dizajn optičkog premaza, čišćenje podloge, taloženje i obrada nakon taloženja.
Naše istraživanje se fokusira na različite aspekte proizvodnje optičkih premaza, uključujući izbor cilja, pritisak kisika, energiju raspršivanja i vrijeme žarenja, s ciljem poboljšanja kvalitete optičkih premaza za IBS sisteme (vidi sliku 2) [1]. Utjecaj različitih uvjeta procesa i žarenja nakon taloženja na optičke tanke filmove HfO2 i SiO2 istražuje se posljednjih godina. Analizirani parametri uključuju:
-Uticaj metalnih i dielektričnih meta za raspršivanje na UV svojstva;
-Uticaj parcijalnog pritiska kiseonika (O2) na stehiometriju i svojstva filma;
-Uticaj izvora potpomognutih jonima i energije zraka na svojstva filma i taloženja;
-Uticaj žarenja na stehiometriju, naprezanje i svojstva filma.
Ovaj projekat u Veeco-u fokusiran je na optičke premaze u Nd:YAG laserima. Oksidni filmovi se mogu raspršiti sa oksidnih ili metalnih meta. [2] Metalne mete imaju nižu apsorpciju, ali veće stope raspršivanja. Veća brzina raspršivanja će poboljšati efikasnost premaza sve dok su ostali parametri filma zadovoljeni. Prilikom nanošenja tankih filmova HfO2, parcijalni tlak O2 je ključni parametar procesa, a ako parcijalni tlak O2 ne zadovoljava zahtjeve, filmovi su skloni strukturnim defektima. Konkretno, nedostatak kisika proizvodi elektronska stanja podpojasnih razmaka koja indukuju lasersko oštećenje optičkih komponenti. Neravnotežni HfO2 filmovi sa niskim sadržajem kiseonika su visoko upijajući i neprozirni i ne mogu zadovoljiti zahteve UV laserske optike.
Energija jonskog snopa i žarenje
Energija jonskog snopa je još jedan kritični element procesa. Prilikom oblaganja SiO2 filmova, smanjenje energije snopa jona smanjuje apsorpciju filma SiO2, čime se poboljšava performanse laserskog sistema. Međutim, to ima svoju cijenu. Dok smanjenje energije snopa jona poboljšava kvalitet filma, takođe smanjuje stopu taloženja, što utiče na produktivnost. U procesu SiO2, upotreba pomoćnog snopa pomaže da se poveća brzina prijenosa.
Za HfO2 filmove, otpornost na lasersko oštećenje opada s povećanjem energije pomoćnog snopa. Očigledno, optimizacija energije prskanja igra ključnu ulogu u kvaliteti filma.
Žarenje također igra ključnu ulogu u kvaliteti filma, jer je kritičan korak za postizanje najmanjih gubitaka i najveće otpornosti na lasersko oštećenje. Tokom procesa raspršivanja, naneseni filmovi su podložni tlačnim naprezanjima i defektima zbog taloženja visoke energije. Žarenje pomaže u oslobađanju napetosti i uklanjanju visećih veza stvorenih tokom procesa raspršivanja.
Proces žarenja također neznatno mijenja stehiometrijski omjer filma. U idealnom slučaju, žarenje bi trebalo smanjiti stres filma i rezultirati optimalnim optičkim svojstvima. Veeco-ovo istraživanje je pokazalo da žarenje može poboljšati svojstva nanesenih filmova, ali predugo žarenje ili na previsokoj temperaturi također može biti štetno. Kada uslovi žarenja nisu odgovarajući, hrapavost površine se povećava i film može kristalizirati. Broj slojeva i sastav optičkih filmova može varirati za različite primjene UV lasera, tako da vrijeme žarenja treba optimizirati za svaki sloj.
