一種離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)整【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法。本發(fā)明通過調(diào)整離子束濺射過程中氧氣流量的大小，在保證薄膜非晶態(tài)的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的前提下，實現(xiàn)對SiO2薄膜應(yīng)力的控制，應(yīng)用于超低損耗激光薄膜與高損傷閾值激光薄膜領(lǐng)域。在上述方案中，通過對基板先后進(jìn)行化學(xué)清洗、超聲波清洗及離子束轟擊清洗，在制備過程中保持其它參數(shù)不變的條件下調(diào)整氧氣流量大小，可以有效控制所制備二氧化硅薄膜的應(yīng)力，使其滿足在超低損耗激光薄膜與高損傷閾值激光薄膜領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
【專利說明】_種離子束濺射二氧化娃光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)整【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在低損耗和抗 激光損傷閾值薄膜技術(shù)中應(yīng)用的離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] SiCV薄膜是一種重要的納米薄膜材料，具有寬透明區(qū)（0. 15 μπι?8 μπι)、低折射 率、硬度高、熱膨脹系數(shù)低、電絕緣性、耐摩擦、耐酸堿、抗腐蝕等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)薄 膜元件、半導(dǎo)體集成電路、電子器件、傳感器、激光器件、化學(xué)催化、生物醫(yī)學(xué)、表面改性和醫(yī) 藥包裝等領(lǐng)域內(nèi)，在光學(xué)薄膜領(lǐng)域內(nèi)SiCV薄膜是必不可少的低折射率材料之一。SiO 2薄膜 的制備方法主要采用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、原子層沉積、 溶膠-凝膠、熱氧化等方法，各種方法制備的SiCV薄膜性能各有優(yōu)缺點。在離子束濺射制 備超低損耗激光薄膜領(lǐng)域內(nèi)，SiCV薄膜是目前唯一的低折射率材料，而離子束濺射沉積制 備的薄I旲尚應(yīng)力狀態(tài)是限制其性能進(jìn)一步提尚的關(guān)鍵，因此，如何在1?子束派射沉積技術(shù) 中控制實現(xiàn)對Sicv薄膜應(yīng)力的調(diào)控成為重要研宄內(nèi)容之一。
[0003] 在不同制備工藝方法下，SiCV薄膜的應(yīng)力控制方法不同。目前，在離子束濺射SiO2 薄膜應(yīng)力的控制上采用如下方法：1)通過對離子束電壓、離子束電流和基板溫度的工藝參 數(shù)綜合匹配，在制備過程中預(yù)先完成對SiCV薄膜的應(yīng)力調(diào)控；2)對制備完成的SiO 2薄膜采 用大氣氛圍熱處理，熱處理的溫度和時間取決于前面的工藝參數(shù)匹配性。盡管采用上述的 方法，薄膜的參與應(yīng)力仍維持在0. 5Gpa左右，因此需要繼續(xù)尋找通過工藝參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行 薄膜應(yīng)力的調(diào)控。在SiCV薄膜應(yīng)用中，低應(yīng)力特性仍是光學(xué)薄膜應(yīng)用的重要問題之一，目 前系統(tǒng)研宄SiCV薄膜應(yīng)力調(diào)控的工藝參數(shù)調(diào)整方法報道較少。
[0004] 綜上所述，如何對離子束濺射制備的SiCV薄膜進(jìn)行應(yīng)力調(diào)控，尤其是在薄膜制備 過程中實現(xiàn)應(yīng)力的控制，對于高品質(zhì)SiCV薄膜的制備和應(yīng)用尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的 調(diào)控方法。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控 方法，其包括如下步驟：
[0009] 步驟Sl :基板處理；使用化學(xué)與物理清洗處理方法，對基板進(jìn)行化學(xué)處理，然后再 利用超聲波進(jìn)行清洗，處理完成后用離心甩干機(jī)甩干；其中，化學(xué)試劑包括鹽酸、氨水、雙氧 水和去離子水；
[0010] 步驟S2 :通過離子束濺射裝置采用離子束濺射的方法制備SiCV薄膜；所述離子束 濺射裝置包括：射頻離子源、基片架和靶材；所述射頻濺射源為16cm離子源，其離子束壓、 離子束流的調(diào)整范圍為300V?1300V和150mA?650mA ;
[0011] 步驟S3 :沉積前的本底真空度抽取到不大于IXKT3Pa,在薄膜沉積前用12cm輔助 離子源在低電流和低壓條件下對基板進(jìn)行清洗數(shù)分鐘，清除基板表面的雜質(zhì)和增強薄膜與 基板的表面附著力；
[0012] 步驟S4:在選定離子束濺射的離子束電壓、離子束電流、基板溫度和本底真空度 保持不變條件下，通過調(diào)整氧氣流量即實現(xiàn)Si02薄膜應(yīng)力的調(diào)控；
[0013] 步驟S5 :對二氧化硅薄膜應(yīng)力通過測量薄膜-基底系統(tǒng)鍍膜前后的面形變化，利 用Stoney薄膜應(yīng)力計算公式計算出薄膜的應(yīng)力σ，計算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法，其特征在于，其包括如下步 驟： 步驟S1 :基板處理；使用化學(xué)與物理清洗處理方法，對基板進(jìn)行化學(xué)處理，然后再利用 超聲波進(jìn)行清洗，處理完成后用離心甩干機(jī)甩干；其中，化學(xué)試劑包括鹽酸、氨水、雙氧水和 去離子水； 步驟S2 :通過離子束濺射裝置采用離子束濺射的方法制備Si(V薄膜；所述離子束濺射 裝置包括：射頻離子源、基片架和靶材；所述射頻濺射源為16cm離子源，其離子束壓、離子 束流的調(diào)整范圍為300V?1300V和150mA?650mA; 步驟S3 :沉積前的本底真空度抽取到不大于IXl(T3Pa，在薄膜沉積前用12cm輔助離子 源在低電流和低壓條件下對基板進(jìn)行清洗數(shù)分鐘，清除基板表面的雜質(zhì)和增強薄膜與基板 的表面附著力； 步驟S4 :在選定離子束濺射的離子束電壓、離子束電流、基板溫度和本底真空度保持 不變條件下，通過調(diào)整氧氣流量即實現(xiàn)Si02薄膜應(yīng)力的調(diào)控； 步驟S5 :對二氧化硅薄膜應(yīng)力通過測量薄膜-基底系統(tǒng)鍍膜前后的面形變化，利用Stoney薄膜應(yīng)力計算公式計算出薄膜的應(yīng)力〇，計算公式如下：
式中，匕和vs分別為基底的彈性模量和泊松比；d3和d汾別表示基板和薄膜的物理厚 度，ds可以通過千分尺測量得到，（^由橢圓偏振測量得到；1^和1?2分別為薄膜鍍制前后基 板的曲率，由激光表面干涉儀測量獲得。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子束濺射二氧化硅光學(xué)薄膜應(yīng)力的調(diào)控方法，其特征在于， 靶材為高純度的二氧化硅靶，其〇360_，純度>99. 95%，工作時靶材平面法線與離子束入 射方向為45° ;為改善薄膜的厚度均勻性，工件架采用行星轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)；氧氣由外部通入到真 空室靶表面，氧氣流量的可調(diào)節(jié)范圍為0?50sccm，氧氣的純度>99. 999%。
【文檔編號】C23C14/54GK104480428SQ201410719571
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】劉華松, 王利栓, 季一勤, 姜承慧, 劉丹丹, 姜玉剛 申請人:中國航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所