IBS(이온빔 스퍼터링) 기술은 자외선(UV) 레이저 용도를 위한 고품질 광학 필름을 증착할 수 있는 능력으로 인해 지난 25년 동안 UV 레이저 광학을 크게 발전시켰습니다(그림 1 참조). 고품질 광학 장치는 레이저 빔을 조작하고 방향을 지정하며 레이저 성능과 수명에 매우 중요합니다. IBS 기술 덕분에 생의학, 반도체 가공, 미세 가공 및 기타 UV 레이저 응용 분야가 계속해서 성장하고 있습니다.
UV 광학 필름은 많은 어려움에 직면해 있지만 IBS 기술의 출현으로 고품질 UV 광학 필름 증착이 가능해졌습니다.
UV 레이저 광학의 과제 해결
UV 레이저 광학이 직면한 과제는 레이저 출력을 감소시키는 흡수 강화와 레이저 강도를 감소시키는 산란 강화라는 두 가지 문제입니다. 필름 응력, 화학량론 또는 필름 밀도가 최적화되지 않으면 광학 필름이 추가로 손상될 수 있습니다. 코팅은 가장 약한 링크이며 광학 코팅 설계, 기판 세척, 증착 및 증착 후 처리와 같은 주요 처리 단계가 개선되면 광학 코팅이 최적화됩니다.
우리의 연구는 IBS 시스템용 광학 코팅의 품질을 향상시키는 것을 목표로 타겟 선택, 산소 압력, 스퍼터링 에너지 및 어닐링 시간을 포함한 광학 코팅의 다양한 생산 측면에 중점을 두고 있습니다(그림 2 참조) [1]. HfO2 및 SiO2 광학 박막에 대한 다양한 공정 조건 및 증착 후 어닐링의 영향이 최근 몇 년간 조사되었습니다. 분석된 매개변수는 다음과 같습니다.
- UV 특성에 대한 금속 및 유전체 스퍼터링 타겟의 효과;
-화학량론 및 필름 특성에 대한 산소(O2) 분압의 영향;
- 이온 보조 소스와 빔 에너지가 필름 및 증착 특성에 미치는 영향
- 어닐링이 화학량론, 응력 및 필름 특성에 미치는 영향.
Veeco의 이 프로젝트는 Nd:YAG 레이저의 광학 코팅에 중점을 두고 있습니다. 산화물 필름은 산화물 또는 금속 타겟으로부터 스퍼터링될 수 있습니다. [2] 금속 타겟은 흡수율은 낮지만 스퍼터링 속도는 높습니다. 스퍼터링 속도가 높을수록 다른 필름 매개변수가 만족되는 한 코팅 효율이 향상됩니다. HfO2 박막을 증착할 때 O2 분압은 중요한 공정 매개변수이며, O2 분압이 요구 사항을 충족하지 않으면 필름에 구조적 결함이 발생하기 쉽습니다. 특히, 산소 결핍은 광학 부품에 레이저 손상을 유발하는 밴드갭 이하 전자 상태를 생성합니다. 산소 함량이 낮은 비평형 HfO2 필름은 흡수성이 높고 불투명하며 UV 레이저 광학 요구 사항을 충족할 수 없습니다.
이온빔 에너지 및 어닐링
이온빔 에너지는 또 다른 중요한 공정 요소입니다. SiO2 필름을 도금할 때 이온빔 에너지를 낮추면 SiO2 필름의 흡수가 감소하여 레이저 시스템의 성능이 향상됩니다. 그러나 여기에는 비용이 듭니다. 이온빔 에너지를 낮추면 필름 품질이 향상되지만 증착 속도도 감소하여 생산성에 영향을 미칩니다. SiO2 공정에서는 보조빔을 사용하면 전사율을 높이는 데 도움이 된다.
HfO2 필름의 경우 보조 빔 에너지가 증가하면 레이저 손상에 대한 저항이 감소합니다. 분명히 스퍼터링 에너지의 최적화는 필름 품질에 중요한 역할을 합니다.
어닐링은 또한 필름 품질에 중요한 역할을 합니다. 이는 손실을 최소화하고 레이저 손상에 대한 저항력을 가장 높이는 데 중요한 단계이기 때문입니다. 스퍼터링 공정 중에 증착된 필름은 고에너지 증착으로 인해 압축 응력과 결함을 겪게 됩니다. 어닐링은 스퍼터링 공정 중에 생성된 장력을 완화하고 댕글링 결합을 제거하는 데 도움이 됩니다.
어닐링 공정은 또한 필름의 화학량론적 비율을 약간 변경합니다. 이상적으로 어닐링은 필름 응력을 줄여 최적의 광학 특성을 가져옵니다. Veeco의 연구에 따르면 어닐링은 증착된 필름의 특성을 향상시킬 수 있지만 너무 오랫동안 또는 너무 높은 온도에서 어닐링하는 것도 해로울 수 있는 것으로 나타났습니다. 어닐링 조건이 적절하지 않으면 계면 거칠기가 증가하고 필름이 결정화될 수 있습니다. 광학 필름의 층 수와 구성은 UV 레이저 용도에 따라 달라질 수 있으므로 각 층에 대해 어닐링 시간을 최적화해야 합니다.
