Jonų pluošto purškimo (IBS) technologija per pastaruosius 25 metus labai patobulino UV lazerinę optiką, nes ji gali nusodinti aukštos kokybės optines plėveles, skirtas ultravioletiniams (UV) lazeriams (žr. 1 pav.). Aukštos kokybės optika manipuliuoja ir nukreipia lazerio spindulį ir yra labai svarbi lazerio veikimui ir eksploatavimo trukmei. Dėl IBS technologijos toliau auga biomedicinos, puslaidininkių apdorojimo, mikroapdirbimo ir kitos UV lazerio programos.
Nors UV optinės plėvelės susiduria su daugybe iššūkių, IBS technologijos atsiradimas leido nusodinti aukštos kokybės UV optines plėveles.
UV lazerinės optikos iššūkių sprendimas
UV lazerinės optikos iššūkiai yra dvejopi: sugerties padidinimas, kuris sumažina lazerio galią, ir sklaidos padidinimas, dėl kurio sumažėja lazerio intensyvumas. Optinės plėvelės gali būti dar labiau pažeistos, jei nėra optimizuotas plėvelės įtempis, stechiometrija arba plėvelės tankis. Danga yra silpniausia grandis, o optinės dangos bus optimizuotos, jei bus patobulinti pagrindiniai apdorojimo etapai, tokie kaip optinės dangos dizainas, pagrindo valymas, nusodinimas ir apdorojimas po nusodinimo.
Mūsų tyrimai yra skirti įvairiems optinių dangų gamybos aspektams, įskaitant tikslo pasirinkimą, deguonies slėgį, purškimo energiją ir atkaitinimo laiką, siekiant pagerinti IBS sistemų optinių dangų kokybę (žr. 2 pav.) [1]. Pastaraisiais metais buvo tiriamas skirtingų proceso sąlygų ir atkaitinimo po nusodinimo poveikis HfO2 ir SiO2 optinėms plonoms plėvelėms. Analizuojami parametrai apima:
-Metalinių ir dielektrinių purškimo taikinių poveikis UV savybėms;
-Deguonies (O2) dalinio slėgio įtaka stechiometrijai ir plėvelės savybėms;
-Jonų šaltinių ir pluošto energijos poveikis plėvelės ir nusodinimo savybėms;
- Atkaitinimo poveikis stechiometrijai, įtempiams ir plėvelės savybėms.
Šiame Veeco projekte pagrindinis dėmesys skiriamas Nd:YAG lazerių optinėms dangoms. Oksido plėvelės gali būti purškiamos iš oksidinių arba metalinių taikinių. [2] Metaliniai taikiniai turi mažesnę absorbciją, bet didesnį purškimo greitį. Didesnis purškimo greitis pagerins dangos efektyvumą tol, kol bus patenkinti kiti plėvelės parametrai. Nusodinant HfO2 plonas plėveles, O2 dalinis slėgis yra esminis proceso parametras, o jei dalinis O2 slėgis neatitinka reikalavimų, plėvelėse gali atsirasti struktūrinių defektų. Visų pirma, dėl deguonies trūkumo susidaro elektroninės būsenos, kurios lazeriu pažeidžia optinius komponentus. Nepusiausvyros HfO2 plėvelės su mažu deguonies kiekiu yra labai sugeriančios ir nepermatomos, todėl negali atitikti UV lazerinės optikos reikalavimų.
Jonų pluošto energija ir atkaitinimas
Jonų pluošto energija yra dar vienas svarbus proceso elementas. Dengiant SiO2 plėveles, sumažinus jonų pluošto energiją, sumažėja SiO2 plėvelės sugertis, todėl pagerėja lazerinės sistemos veikimas. Tačiau tai kainuoja. Sumažinus jonų pluošto energiją gerėja plėvelės kokybė, taip pat sumažėja nusėdimo greitis, o tai turi įtakos produktyvumui. SiO2 procese pagalbinio pluošto naudojimas padeda padidinti perdavimo greitį.
HfO2 plėvelių atsparumas lazerio pažeidimams mažėja didėjant pagalbinio pluošto energijai. Akivaizdu, kad purškimo energijos optimizavimas vaidina lemiamą vaidmenį filmo kokybei.
Atkaitinimas taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį plėvelės kokybei, nes tai yra esminis žingsnis siekiant gauti mažiausius nuostolius ir didžiausią atsparumą lazerio pažeidimams. Purškimo proceso metu nusodintos plėvelės patiria gniuždymo įtempius ir defektus dėl didelės energijos nusodinimo. Atkaitinimas padeda sumažinti įtampą ir pašalinti kabančias jungtis, susidarančias purškimo proceso metu.
Atkaitinimo procesas taip pat šiek tiek pakeičia plėvelės stechiometrinį santykį. Idealiu atveju atkaitinimas turėtų sumažinti plėvelės įtempimą ir pasiekti optimalias optines savybes. „Veeco“ tyrimai parodė, kad atkaitinimas gali pagerinti nusodintų plėvelių savybes, tačiau atkaitinimas per ilgai arba per aukštoje temperatūroje taip pat gali būti žalingas. Kai atkaitinimo sąlygos nėra tinkamos, sąsajos šiurkštumas padidėja ir plėvelė gali kristalizuotis. Sluoksnių skaičius ir optinių plėvelių sudėtis gali skirtis, kai naudojami UV lazeriai, todėl atkaitinimo laikas turėtų būti optimizuotas kiekvienam sluoksniui.
