DE68928486T2 - Laser und eine damit gekoppelte optische Schicht aus Ta2O5 - Google Patents
Laser und eine damit gekoppelte optische Schicht aus Ta2O5Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung ist auf ein Gerät gerichtet, das durch den Oberbegriff des Anspruches 1 definiert wird.
- Es ist allgemein bekannt, daß insbesondere für Hochenergielaseranwendungen die Energieabsorption durch optische Elemente so niedrig wie möglich gehalten werden muß, so daß solche Elemente der hohen Energiedichte widerstehen.
- Aus "Soviet Journal of Quantum Electronics", Bd. 18, Nr. 10, Oktober 1988, Woodbury, New York, US, Seiten 1286 - 1290; B. Brauns et al: "Optical coating for high-power neodymium lasers" ist ein Gerät mit einem Hochleistungsneodymiaser bekannt, der bei 1,06 µm emittiert, welcher mit einem Laserresonatorspiegel mit einer Vielschichtindifferenzbeschichtung kooperiert. Die Beschichtungen sind auf der einen Seite aus Ta&sub2;O&sub5;, ZrO&sub2; und HfO&sub2; auf auf der anderen Seite aus SiO&sub2; hergestellt.
- Aus der US-A-4 142 958 sind Viertelwellenlängenschichten von 500 - 800 Å für Anwendungen von Licht innerhalb des ultraroten Bereiches bekannt. Von diesen Schichten wird berichtet, daß sie Verluste in dem Bereich von 0,01 % für dieses ultrarote Licht darstellen und aus einem hohen Indexmaterial wie Tantalpentoxid oder Titandioxid bestehen. Diese Schichten sind entsprechend diesem Dokument durch einen reaktiven Ionenstrahlsputterprozeß hergestellt, wodurch von den Titandioxidschichten zu berichten ist, daß sie durch das Sputtern eines Titandioxidtargets hergestellt werden. Somit sind für die ultraroten Anwendungen Viertelwellenlängenschichten aus Ta&sub2;O&sub5; aus diesem Dokument mit Verlusten in dem Bereich von 0,01 % bekannt.
- Aus F. Rainer et al al "Materials for optical coating in the ultra-violet", Applied Optics; Bd. 24, Nr.4/15 Februar 1985, Seiten 496 ff., ist es bekannt, Beschichtungsmaterialien wie ZrO&sub2;, Y&sub2;O&sub3;, HfO&sub2;, SC&sub2;O&sub3;, MgO, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; für Licht im ultravioletten Bereich bei 248 nm zu benutzen. Dadurch werden die Beschichtungen, welche Untersuchungen unterworfen werden, durch Elektronenstrahlverdampfung abgelagert. Für Licht bei 248 nm wurde ein Extinktionskoeffizient von unter 0,01 gemessen.
- Entsprechend H. Demiryont et al "Effects of oxygen content on the optical properties of tantalum oxide films deposited by ion-beam sputtering", Applied Optics, Bd. 24, Nr.4.115. Februar 1985, Seite 490 ff. ist herausgefunden worden, daß Tantalpentoxidschichten einen Extinktionskoeffizienten von ungefähr 0,02 bei 300 nm Licht haben, der auf ungefähr 0,01 bei 310 nm herabfällt und dann asymptotisch in Richtung auf 10&supmin;³ bei ungefähr 375 nm abfällt. Die Schichten, welche durch Demiryont untersucht werden, werden durch Ionenstrahlsputtertechnik, wie z.B. durch J.M.E. Harper et al "Technology and applications of broad-beam ion sources used in sputttering", Part II, Applications, Journal of Vac. Sci. Technol., 21(3), September/Oktober 1982, Seite 737 und in J.L. Vossen et al "Thin film processes", Academic Press Inc., New York 1978, Seite 175 beschrieben, hergestellt.
- Die Schichten, welche durch Demiryont untersucht wurden, wurden durch Benützen eines Targets aus metallischem Tantal hergestellt.
- Somit offenbaren die Untersuchungen von Demiryont deutlich, daß Tantalpentoxid nicht für hohe Energiedichteanwendungen von Licht unterhalb von 350 nm benutzt werden kann, da der Extinktionskoeffizient von 0,01 bei 310 nm einen Extinktionskoeffizienten als Funktion der Wellenlängenkurve festsetzt, welcher über solch einer Kurve liegt, welche den Extinktionskoeffizienten zwischen 300 nm und 350 nm definieren würde, die eng genug sind. Diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen entsprechend der US-A-4 142 958 überein, worin von Tantalpentoxidschichten berichtet worden ist, daß immer noch nicht der Extinktionskoeffizient im ultraroten Bereich verschwindet, d.h. für Licht mit einer Wellenlänge in dem Mikrometerbereich.
- Aus dem Journal of vacuum science & technology A, second series, Bd. 3, Nr.3, Teil 1, Mai/Juni 1985, Seite 656; J.R. Sites et al: "Ion-beam sputter deposition of oxide films" ist es bekannt, TiO&sub2; mit hohem Brechungsindex und Ta&sub2;O&sub5; mit hohem Brechungsindex und SiO&sub2; mit niedrigem Brechungsindex Ionenstrahlsputtern abzulagern. Darin wird ein Elementar- oder Oxidtarget benutzt.
- Tantalpentoxid hat verschiedene Vorteile, nämlich
- - gute mechanische und optische Stabilität, hart seiend und Umgebungsspannungen widerstehend und als weiteres eine sehr dichte Schicht bildend;
- - gute Plasmastabilität darin, daß Ta&sub2;O&sub5; nicht seine Stöchiometrie unter Plasmabedingungen verändert,
- - extrem niedrige Lichtstreuung,
- - sehr hohen Temperaturen widerstehend.
- Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, den Umfang des laserbasierenden Gerätes aufzuweiten, während die Vorteile von Tantalpentoxidschichten weiterhin ausgenutzt werden.
- Dies wird durch das Gerät, wie oben erwähnt, gelöst, welches entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgebaut ist.
- Somit wird eine optische Schicht verwendet, welche zumindestens aus überwiegend Ta&sub2;O&sub5; hergestellt ist und welche einen wesentlich niedrigeren Extinktionskoeffizienten im Vergleich zu bekannten Ta&sub2;O&sub5; Schichten, wie sie aus dem oben erwähnten Artikel von Demiryont bekannt sind, aufweist. Entsprechend und aufgrund des hohen Brechungsindexes von Tantalpentoxid werden dünne Vielschichten, die zu dünnen Viertelwellenlängen-Schichten führen, erreicht. Solche dünnen Schichten sind insbesondere in Trockenätzungsanwendungen nützlich.
- Somit macht das Gerät entsprechend der vorliegenden Erfindung Gebrauch von einer optischen Schicht, welche zümindest überwiegend aus Ta&sub2;O&sub5; ist, und welche einen Extinktionskoeffizienten hat, der geringer als 0,0075 für Licht von 308 nm ist. Dieser Punkt des Extinktionskoeffizienten als Funktion der Wellenlängenkurve setzt die gesamte Kurve zwischen 300 nm und 350 nm entscheidend niedriger, als sie durch den 310 nm/0,01-Punkt von Demiryont festgesetzt wird.
- Überraschenderweise ermöglicht der Gebrauch einer Ionenstrahlsputtertechnik, wie z.B. aus Harper oder J.L. Vossen, die oben erwähnt werden, bekannt ist, jedoch nicht auf ein metallisches Tantaltarget angewendet wird, sondern auf ein Target, welches überwiegend aus Tantalpentoxid besteht, die Realisierung der oben erwähnten entscheidend verbesserten Ta&sub2;O&sub5; Schicht.
- Mit einer Ionenstrahlsputtertechnik, die dem Fachmann bekannt ist, und wie z.B. entweder durch Harper et al oder J.L. Vossen, die oben erwähnt werden, beschrieben wird, wurde ein Target, das aus mindestens 29 % Ta&sub2;O&sub5; hergestellt ist, gesputtert. Durch diese Technik wurde eine dünne Schicht auf entweder einem SiO&sub2;- oder einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat gebildet. Für Licht von 300 nm hat die hergestellte Schicht einen Extinktionskoeffizienten von 0,0068, für Licht von 308 nm von 0,003, womit eine Schicht zur Verfügung gestellt wird, welche einen Extinktionskoeffizienten deutlich unter 0,0075 für Licht von 308 nm hat.
- Mit den Ta&sub2;O&sub5; Schichten solcher verbesserten Extinktionskoeffizienten werden die hohen Energiedichteanwendungen möglich. Wenn der Meßpunkt bei 300 nm oder 308 nm den Extinktionskoeffizienten als Funktion der Wellenlängenkurve niedrig absorbierende Schicht und das optische Element die Reflektion oder Transmission von Hochenergiestrahlen ermöglicht, werden sie im Gerät mit XeCl Excimerlasern, N&sub2; - oder HeCd Gaslasern kombiniert, wo solche Schichten und/oder optische Elemente mit dem Strahl solch eines Lasers kooperieren.
Claims (9)
1. Gerät mit mindestens einem Laser und einem optischen Element mit
mindestens einer Schicht aus Ta&sub2;O&sub5;, die optisch mit dem Laser gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Laser ein HeCd-, N&sub2;-Gas- oder XeCl-Excimerlaser ist, und
- die Ta&sub2;O&sub5;-Schicht einen Extinktionskoeffizienten von weniger als 0.0075
für Licht von einer Wellenlänge von 308 nm hat.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ta&sub2;O&sub5;-
Schicht einen Extinktionskoeffizienten von weniger als 0.005 für Licht mit
einer 308 nm Wellenlänge hat.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
weiter mindestens eines der folgenden Materialien umfaßt:
- ZrO&sub2;, Y&sub2;O&sub3;, HfO&sub2;, Sc&sub2;O&sub3;, MgO, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ta&sub2;O&sub5;-
Schicht zu mindestens 99 % aus Ta&sub2;O&sub5; besteht.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ta&sub2;O&sub5;-
Schicht eine Dicke von λ/4 hat und das optische Element weiter mindestens
eine weitere Schicht mit einer optischen Dicke von λ/4 aufweist, die aus
einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als der
Brechungsindex des Ta&sub2;O&sub5; der Schicht gebildet ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein
HeCd- oder ein XeCl-Laser ist und die mindestens zwei Schichten λ/4-
Schichten für Licht von einer Wellenlänge von 308 nm oder 325 nm
aufweisen.
7. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere
Schicht aus SiO&sub2; und/oder Al&sub2;O&sub3; gebildet ist.
8. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ta&sub2;O&sub5;-
Schicht und die weitere Schicht eine Doppelschicht bilden und das optische
Element mindestens zwei der Doppelschichten umfaßt.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische
Element mindestens sechs Doppelschichten umfaßt und eine Reflektion von
mindestens 95 % für Licht von einer Wellenlänge von 308 nm besitzt.
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