เทคโนโลยีการสปัตเตอร์ลำแสงไอออน (IBS) ได้พัฒนาเลนส์เลเซอร์ UV ขั้นสูงอย่างมากในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา เนื่องจากความสามารถในการสะสมฟิล์มแสงคุณภาพสูงสำหรับการใช้งานเลเซอร์อัลตราไวโอเลต (UV) (ดูรูปที่ 1) ออพติคคุณภาพสูงควบคุมและกำหนดทิศทางลำแสงเลเซอร์ และมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเลเซอร์ ชีวการแพทย์ การประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ การตัดเฉือนไมโคร และการใช้งานเลเซอร์ UV อื่นๆ ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องด้วยเทคโนโลยี IBS
ในขณะที่ฟิล์มแสง UV เผชิญกับความท้าทายมากมาย การเกิดขึ้นของเทคโนโลยี IBS ทำให้สามารถสะสมฟิล์มแสง UV คุณภาพสูงได้
พบกับความท้าทายของเลนส์เลเซอร์ยูวี
ความท้าทายที่เลนส์เลเซอร์ UV เผชิญอยู่นั้นมี 2 ประการ ได้แก่ การเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับ ซึ่งจะช่วยลดกำลังเลเซอร์ และการปรับปรุงการกระเจิง ซึ่งลดความเข้มของเลเซอร์ ฟิล์มกรองแสงอาจเสียหายได้อีกหากความเค้นของฟิล์ม ปริมาณสัมพันธ์ หรือความหนาแน่นของฟิล์มไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสม การเคลือบผิวเป็นจุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอที่สุด และการเคลือบแบบออพติคัลจะได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมหากมีการปรับปรุงขั้นตอนการประมวลผลที่สำคัญ เช่น การออกแบบการเคลือบแบบออพติคอล การทำความสะอาดซับสเตรต การสะสม และการประมวลผลหลังการทับถม
การวิจัยของเรามุ่งเน้นไปที่แง่มุมการผลิตต่างๆ ของการเคลือบด้วยแสง รวมถึงการเลือกเป้าหมาย ความดันออกซิเจน พลังงานสปัตเตอร์ และเวลาในการหลอม โดยมีเป้าหมายในการปรับปรุงคุณภาพของการเคลือบด้วยแสงสำหรับระบบ IBS (ดูรูปที่ 2) [1] ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการศึกษาผลกระทบของสภาวะกระบวนการที่แตกต่างกันและการหลอมหลังการสะสมต่อฟิล์มบางแบบใช้แสง HfO2 และ SiO2 พารามิเตอร์ที่วิเคราะห์ได้แก่:
-ผลกระทบของเป้าหมายสปัตเตอร์โลหะและไดอิเล็กทริกต่อคุณสมบัติของรังสียูวี
-ผลของความดันบางส่วนของออกซิเจน (O2) ต่อคุณสมบัติของปริมาณสารสัมพันธ์และฟิล์ม
-ผลกระทบของแหล่งกำเนิดไอออนช่วยและพลังงานลำแสงต่อคุณสมบัติของฟิล์มและการสะสม
-ผลของการหลอมต่อคุณสมบัติของสารสัมพันธ์ ความเครียด และฟิล์ม
โครงการนี้ที่ Veeco มุ่งเน้นไปที่การเคลือบแสงในเลเซอร์ Nd:YAG ฟิล์มออกไซด์สามารถสปัตเตอร์จากชิ้นงานออกไซด์หรือโลหะได้ [2] เป้าหมายที่เป็นโลหะมีการดูดซับต่ำกว่าแต่มีอัตราการสปัตเตอร์สูงกว่า อัตราการสปัตเตอร์ที่สูงขึ้นจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลือบตราบใดที่พารามิเตอร์ฟิล์มอื่นๆ เป็นไปตามที่พอใจ เมื่อฝากฟิล์มบาง HfO2 ความดันบางส่วนของ O2 เป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ และหากความดันบางส่วนของ O2 ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ฟิล์มก็มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องทางโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขาดออกซิเจนจะทำให้เกิดสถานะอิเล็กทรอนิกส์แบบ sub-bandgap ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายด้วยเลเซอร์ต่อส่วนประกอบทางแสง ฟิล์ม HfO2 ที่ไม่สมดุลซึ่งมีปริมาณออกซิเจนต่ำจะดูดซับและทึบแสงได้สูง และไม่สามารถตอบสนองความต้องการของเลนส์เลเซอร์ UV ได้
พลังงานลำแสงไอออนและการหลอม
พลังงานลำแสงไอออนเป็นองค์ประกอบกระบวนการที่สำคัญอีกประการหนึ่ง เมื่อชุบฟิล์ม SiO2 การลดพลังงานลำแสงไอออนจะลดการดูดซับของฟิล์ม SiO2 ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้มีค่าใช้จ่าย แม้ว่าการลดพลังงานลำแสงไอออนจะช่วยเพิ่มคุณภาพของฟิล์ม แต่ยังช่วยลดอัตราการสะสม ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตอีกด้วย ในกระบวนการ SiO2 การใช้ลำแสงเสริมจะช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายโอน
สำหรับฟิล์ม HfO2 ความต้านทานต่อความเสียหายของเลเซอร์จะลดลงเมื่อพลังงานลำแสงเสริมเพิ่มขึ้น แน่นอนว่าการเพิ่มประสิทธิภาพของพลังงานสปัตเตอร์มีบทบาทสำคัญในคุณภาพของภาพยนตร์
การหลอมยังมีบทบาทสำคัญในคุณภาพของฟิล์ม เนื่องจากเป็นขั้นตอนสำคัญในการได้รับการสูญเสียน้อยที่สุดและความต้านทานสูงสุดต่อความเสียหายของเลเซอร์ ในระหว่างกระบวนการสปัตเตอร์ ฟิล์มที่สะสมอยู่จะต้องเผชิญกับความเค้นอัดและข้อบกพร่องเนื่องจากการสะสมพลังงานสูง การหลอมช่วยคลายความตึงเครียดและขจัดพันธะที่ห้อยต่องแต่งที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการสปัตเตอร์
กระบวนการอบอ่อนยังเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของฟิล์มเล็กน้อย ตามหลักการแล้ว การอบอ่อนควรลดความเครียดของฟิล์มและส่งผลให้ได้คุณสมบัติทางแสงที่เหมาะสมที่สุด การวิจัยของ Veeco แสดงให้เห็นว่าการอบอ่อนสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของฟิล์มที่สะสมไว้ได้ แต่การอบอ่อนนานเกินไปหรือที่อุณหภูมิสูงเกินไปก็อาจส่งผลเสียได้เช่นกัน เมื่อสภาวะการอบอ่อนไม่เหมาะสม ความหยาบของส่วนต่อประสานจะเพิ่มขึ้น และฟิล์มอาจตกผลึกได้ จำนวนชั้นและองค์ประกอบของฟิล์มกรองแสงอาจแตกต่างกันไปสำหรับการใช้งานเลเซอร์ UV ที่แตกต่างกัน ดังนั้น เวลาในการหลอมจึงควรได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมสำหรับแต่ละชั้น
