Ioonkiirpihustamise (IBS) tehnoloogia on viimase 25 aasta jooksul UV-laseroptikat tugevalt edasi arendanud, kuna see on võimeline sadestama kvaliteetseid optilisi kilesid ultraviolettkiirguse (UV) laserrakenduste jaoks (vt joonis 1). Kvaliteetne optika manipuleerib ja suunab laserkiirt ning on laseri jõudluse ja eluea seisukohalt ülioluline. Biomeditsiiniline, pooljuhttöötlus, mikrotöötlus ja muud UV-laserrakendused kasvavad jätkuvalt tänu IBS-tehnoloogiale.
Kuigi UV-optilised kiled seisavad silmitsi paljude väljakutsetega, on IBS-tehnoloogia tulek võimaldanud kvaliteetsete UV-optiliste filmide sadestamist.
UV-laseroptika väljakutsetele vastamine
UV-laseroptika ees seisvad väljakutsed on kahesugused: neeldumise suurendamine, mis vähendab laseri võimsust, ja hajumise suurendamine, mis vähendab laseri intensiivsust. Optilised kiled võivad veelgi kahjustada saada, kui kile pinget, stöhhiomeetriat või kile tihedust ei optimeerita. Katmine on nõrgim lüli ja optilised katted optimeeritakse, kui täiustatakse peamisi töötlemisetappe, nagu optilise katte kujundamine, substraadi puhastamine, sadestamine ja sadestamisjärgne töötlemine.
Meie uurimistöö keskendub optilise katte erinevatele tootmisaspektidele, sealhulgas sihtmärgi valik, hapnikurõhk, pihustusenergia ja lõõmutamise aeg, eesmärgiga parandada IBS-süsteemide optiliste katete kvaliteeti (vt joonis 2) [1]. Viimastel aastatel on uuritud erinevate protsessitingimuste ja sadestamisjärgse lõõmutamise mõju HfO2 ja SiO2 optilistele õhukestele kiledele. Analüüsitud parameetrid hõlmavad järgmist:
- metalliliste ja dielektriliste pihustusobjektide mõju UV-kiirguse omadustele;
-Hapniku (O2) osarõhu mõju stöhhiomeetriale ja kile omadustele;
-Ioonide abil toetatud allikate ja kiire energia mõju kile ja sadestumise omadustele;
- Lõõmutamise mõju stöhhiomeetriale, pingele ja kile omadustele.
See Veeco projekt keskendub Nd:YAG laserite optilistele katetele. Oksiidkilesid saab pihustada oksiid- või metallisihtmärkidelt. [2] Metallist sihtmärkidel on väiksem neelduvus, kuid suurem pihustusmäär. Suurem pihustuskiirus parandab katte efektiivsust seni, kuni muud kile parameetrid on täidetud. HfO2 õhukeste kilede sadestamisel on O2 osarõhk otsustava tähtsusega protsessi parameeter ja kui O2 osarõhk ei vasta nõuetele, on kiledel ehituslikud vead. Eelkõige tekitab hapnikupuudus alamriba elektroonilisi olekuid, mis põhjustavad optiliste komponentide laserkahjustusi. Madala hapnikusisaldusega tasakaalustamata HfO2-kiled on hästi neelavad ja läbipaistmatud ning ei vasta UV-laseroptika nõuetele.
Ioonkiirte energia ja lõõmutamine
Ioonkiire energia on veel üks kriitiline protsessi element. SiO2 kilede katmisel vähendab ioonkiire energia vähendamine SiO2 kile neeldumist, parandades seeläbi lasersüsteemi jõudlust. See aga maksab. Kuigi ioonkiire energia alandamine parandab kile kvaliteeti, vähendab see ka sadestuskiirust, mis mõjutab tootlikkust. SiO2 protsessis aitab ülekandekiirust suurendada abitala kasutamine.
HfO2-kilede puhul väheneb vastupidavus laserkahjustustele abikiire energia suurenedes. Ilmselgelt mängib filmi kvaliteedis otsustavat rolli pritsimisenergia optimeerimine.
Lõõmutamine mängib võtmerolli ka filmi kvaliteedis, kuna see on kriitiline samm väikseima kadu ja suurima vastupidavuse saavutamiseks laserkahjustustele. Pommitamisprotsessi ajal sadestunud kiledele avaldatakse survepingeid ja suure energiasisaldusega sadestumise tõttu tekivad defektid. Lõõmutamine aitab vabastada pingeid ja kõrvaldada pihustusprotsessi käigus tekkivad rippuvad sidemed.
Lõõmutamisprotsess muudab veidi ka kile stöhhiomeetrilist suhet. Ideaalis peaks lõõmutamine vähendama kile pinget ja andma tulemuseks optimaalsed optilised omadused.Veeco uuringud on näidanud, et lõõmutamine võib parandada ladestunud kilede omadusi, kuid liiga pikk või liiga kõrgel temperatuuril lõõmutamine võib samuti olla kahjulik. Kui lõõmutamistingimused ei ole õiged, suureneb liidese karedus ja kile võib kristalliseeruda. Optiliste kilede kihtide arv ja koostis võib erinevate UV-laserrakenduste puhul erineda, seega tuleks lõõmutamisaeg iga kihi jaoks optimeerida.
