İyon ışını püskürtme (IBS) teknolojisi, ultraviyole (UV) lazer uygulamaları için yüksek kaliteli optik filmler biriktirme yeteneği nedeniyle son 25 yılda UV lazer optiklerini güçlü bir şekilde geliştirmiştir (bkz. Şekil 1). Yüksek kaliteli optikler lazer ışınını manipüle eder ve yönlendirir ve lazer performansı ve kullanım ömrü açısından kritik öneme sahiptir. Biyomedikal, yarı iletken işleme, mikro işleme ve diğer UV lazer uygulamaları IBS teknolojisi sayesinde büyümeye devam ediyor.
UV optik filmler birçok zorlukla karşı karşıya olsa da, IBS teknolojisinin ortaya çıkışı, yüksek kaliteli UV optik filmlerin biriktirilmesini mümkün kılmıştır.
UV Lazer Optiğinin Zorluklarını Karşılamak
UV lazer optiklerinin karşılaştığı zorluklar iki yönlüdür: lazer gücünü azaltan soğurma artışı ve lazerin yoğunluğunu azaltan saçılma geliştirmesi. Film gerilimi, stokiyometri veya film yoğunluğu optimize edilmezse optik filmler daha da zarar görebilir. Kaplama en zayıf halkadır ve optik kaplama tasarımı, alt tabaka temizliği, biriktirme ve biriktirme sonrası işleme gibi temel işlem adımlarında iyileştirmeler yapılırsa optik kaplamalar optimize edilecektir.
Araştırmamız, IBS sistemleri için optik kaplamaların kalitesini artırmak amacıyla hedef seçimi, oksijen basıncı, püskürtme enerjisi ve tavlama süresi dahil olmak üzere optik kaplamanın çeşitli üretim yönlerine odaklanmaktadır (bkz. Şekil 2) [1]. Farklı proses koşullarının ve biriktirme sonrası tavlamanın HfO2 ve SiO2 optik ince filmleri üzerindeki etkileri son yıllarda araştırılmaktadır. Analiz edilen parametreler şunları içerir:
-Metalik ve dielektrik püskürtme hedeflerinin UV özelliklerine etkisi;
-Oksijen (O2) kısmi basıncının stokiyometri ve film özelliklerine etkisi;
-İyon destekli kaynakların ve ışın enerjisinin film ve biriktirme özelliklerine etkisi;
-Tavlamanın stokiyometri, gerilim ve film özelliklerine etkisi.
Veeco'daki bu proje Nd:YAG lazerlerdeki optik kaplamalara odaklanıyor. Oksit filmleri oksit veya metal hedeflerden püskürtülebilir. [2] Metal hedeflerin emilimi daha düşük ancak püskürtme oranları daha yüksektir. Daha yüksek bir püskürtme hızı, diğer film parametreleri karşılandığı sürece kaplama verimliliğini artıracaktır. HfO2 ince filmleri biriktirirken, O2'nin kısmi basıncı çok önemli bir proses parametresidir ve O2 kısmi basıncı gereklilikleri karşılamıyorsa filmler yapısal kusurlara eğilimlidir. Özellikle oksijen eksikliği, optik bileşenlerde lazer hasarına neden olan alt bant aralığı elektronik durumları üretir. Düşük oksijen içeriğine sahip dengesiz HfO2 filmleri oldukça emici ve opaktır ve UV lazer optiklerinin gereksinimlerini karşılayamaz.
İyon ışın enerjisi ve tavlama
İyon ışını enerjisi başka bir kritik süreç unsurudur. SiO2 filmlerini kaplarken iyon ışın enerjisinin düşürülmesi SiO2 filminin emilimini azaltır, böylece lazer sisteminin performansı artar. Ancak bunun bir bedeli var. İyon ışın enerjisinin düşürülmesi film kalitesini artırırken, aynı zamanda üretkenliği etkileyen birikme oranını da azaltır. SiO2 prosesinde yardımcı ışının kullanılması transfer hızının arttırılmasına yardımcı olur.
HfO2 filmleri için lazer hasarına karşı direnç, yardımcı ışın enerjisinin artmasıyla azalır. Açıkçası, püskürtme enerjisinin optimizasyonu filmin kalitesinde çok önemli bir rol oynuyor.
Tavlama aynı zamanda filmin kalitesinde de önemli bir rol oynar çünkü en düşük kaybı ve lazer hasarına karşı en yüksek direnci elde etmek için kritik bir adımdır. Püskürtme işlemi sırasında biriktirilen filmler, yüksek enerjili biriktirme nedeniyle basınç gerilimlerine ve kusurlara maruz kalır. Tavlama, gerilimin serbest bırakılmasına ve püskürtme işlemi sırasında oluşan sarkan bağların ortadan kaldırılmasına yardımcı olur.
Tavlama işlemi aynı zamanda filmin stokiyometrik oranını da biraz değiştirir. İdeal olarak tavlama, film stresini azaltmalı ve optimum optik özelliklerle sonuçlanmalıdır. Veeco'nun araştırması, tavlamanın biriktirilen filmlerin özelliklerini iyileştirebileceğini, ancak çok uzun veya çok yüksek sıcaklıkta tavlamanın da zararlı olabileceğini göstermiştir. Tavlama koşulları uygun olmadığında arayüzey pürüzlülüğü artar ve film kristalleşebilir. Optik filmlerin katman sayısı ve bileşimi farklı UV lazer uygulamalarına göre değişiklik gösterebilir, dolayısıyla tavlama süresi her katman için optimize edilmelidir.
