專利名稱：具有抑制反射率的粘合劑保護(hù)涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制光學(xué)組件反射率的方法，該光學(xué)組件具有保持器和粘合地保持在該保持器中的涂層光學(xué)元件，該光學(xué)元件由紫外線(UV)可固化的粘合劑來(lái)保持。具體地說(shuō)，光學(xué)元件上的涂層抑制將雜散光透射入粘合劑和將光背反射入光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)分子激光器是微型平版印刷行業(yè)所選的照明源。高功率激光器的使用可劣化用 在激光光刻系統(tǒng)中的材料，例如，高功率激光器具有高于20mJ/cm2的脈沖能量密度(流量)和低于250nm (例如193nm及以下)的脈沖波長(zhǎng)。粘合劑，例如紫外線可固化的的粘合劑，用來(lái)將深紫外線(DUV)光學(xué)元件保持在光學(xué)系統(tǒng)的保持器中。這些典型地用汞I線UV輻照(^365nm)固化的粘合劑會(huì)由于持續(xù)暴露于雜散DUV光(例如小于250nm)會(huì)隨時(shí)間損壞，導(dǎo)致光學(xué)部件的安裝變得不穩(wěn)定，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)的過(guò)早失效。美國(guó)專利6，097，536描述了沉積在光學(xué)部件上的單層薄膜的使用，其中，該單層薄膜在部件接觸粘合劑處。該層包括介電材料，該介電材料在光學(xué)系統(tǒng)的波長(zhǎng)處是不透射的(阻擋的)，但在紫外線固化過(guò)程的波長(zhǎng)處是透射的。然而，可以有從介電涂層到光學(xué)部件的背反射。因此，希望減少由于雜散光關(guān)系而從涂層背反射入部件的光量。因此，本發(fā)明涉及使用添加在阻擋介電層和部件之間的附加層，該附加層顯著減少反射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用在低于300nm激光系統(tǒng)中的薄膜，該薄膜可施加至各種基底類型。薄膜包括選定材料的阻擋層和匹配結(jié)構(gòu)，該匹配結(jié)構(gòu)包括1-7層選定材料。阻擋層用來(lái)減少或消除低于300nm的激光至粘合劑的透射，該粘合劑用來(lái)將基底粘合至保持器。匹配層使低于300nm的激光從阻擋層至基底的內(nèi)部背反射最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，阻擋層由以下材料制成，該材料不透射低于300nm的光,而透射波長(zhǎng)高于300nm的光,例如透射波長(zhǎng)為365nm的光以固化粘合劑。在另一實(shí)施例中，阻擋層由以下選定材料制成，該材料不透射低于250nm的光,而透射波長(zhǎng)高于250nm的光,例如透射波長(zhǎng)為365nm的光以固化粘合劑。這里所述的薄膜可用在透鏡、棱鏡和用于激光系統(tǒng)的窗上。對(duì)于粘合劑的紫外線固化不是必需的應(yīng)用，可施加不透射紫外線的金屬或其它非透射材料以保護(hù)粘合劑。在這種情況下，通過(guò)這里所述的相同方法也可顯著降低反射率。對(duì)于粘合劑無(wú)需紫外線固化的應(yīng)用，只需可見(jiàn)光透射，使得操作者具有將光學(xué)元件用粘合劑粘合至保持器的過(guò)程的視覺(jué)返回。在這種情況下，阻擋層較薄，且對(duì)可見(jiàn)光透射，但對(duì)低于300nm的光不透射。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種成形光學(xué)元件，具有供激光進(jìn)入和離開(kāi)的表面和由表面限定的邊緣，所述元件包括基底和沉積在邊緣的至少一部分上的薄膜，所述薄膜包括至少一層沉積在基底頂上的至少一種折射率匹配材料和沉積在至少一個(gè)匹配層頂上的阻擋層材料。在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜包括1-7層至少一種折射率匹配層和阻擋層，所述折射率匹配層中的每個(gè)折射率匹配層具有5nm — 50nm的厚度,所述阻擋層具有20nm — 400nm的厚度。在另一實(shí)施例中，薄膜包括1-4層至少一種折射率匹配材料和阻擋層，所述折射率匹配層中的每個(gè)折射率匹配層具有5nm — 50nm的厚度,所述阻擋層具有20nm — 400nm的厚度。前述折射率匹配材料層包括選自以下的交替的折射率匹配材料Nb205、A1203、HfO2,SiO2, Y2O3> MgF2' LaF3> GdF3> AlF3' Ta2O5 和 TiO2,以及它們的混合物。阻擋材料選自NiCr、Nb2O5, TiO2, TaO2、選自Ni、Cr、Al和Ti的金屬、以及它們的混合物。基底選自石英、熔融石英、高純度熔融石英、摻氟熔融石英、氟化鈣和氟化鎂。


圖I是光學(xué)元件50的示意圖及其放大圖，該光學(xué)元件包括基底52，該基底具有多 個(gè)匹配層56、阻擋層54和阻擋層至少一部分上的用于將光學(xué)元件50粘合至保持器(未示出)的粘合劑60。圖2是不出對(duì)于從內(nèi)側(cè)撞擊有涂層和無(wú)涂層基底的外表面的光、在266nm處平均偏振模擬反射率與入射角之間的關(guān)系的圖。圖3是不出對(duì)于從內(nèi)側(cè)撞擊有涂層和無(wú)涂層基底的外表面的光、在266nm處平均偏振模擬反射率與入射角之間的關(guān)系的圖。圖4是棱鏡的示意圖，示出了具有阻擋層和匹配層的薄膜如何可插入棱鏡基底和棱鏡各端的吸收涂層之間。
具體實(shí)施例方式這里所述的光學(xué)元件和其上的涂層用在波長(zhǎng)低于300nm的激光系統(tǒng)操作中；例如但非限制，266nm、248nm和198nm。光學(xué)元件的涂層阻擋低于300nm的光通過(guò)涂層，同時(shí)允許大于300nm的光通過(guò)涂層。這里，“阻擋或阻擋材料或?qū)印笔亲钃趸蛭盏陀?00nm光波長(zhǎng)的材料。對(duì)于低于250nm的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，諸如Ta2O5的材料可用作阻擋材料。然而，常用于激光器的較高波長(zhǎng)，例如257nm和266nm，需要具有較長(zhǎng)吸收邊緣的材料，例如但非限制于Nb2O5和Ti02。同樣在這里，“匹配材料或?qū)印毙薷奈諏拥耐干渎剩蛊淦ヅ浠椎耐干渎?。透射率和折射率是大致相同的術(shù)語(yǔ)，但透射率更精確，因?yàn)槠淇裳由熘炼鄠€(gè)層和角度。圖I示出了保持器中的光學(xué)元件50，該保持器的一部分用附圖標(biāo)記53來(lái)標(biāo)示，用于低于300nm的激光系統(tǒng)。保持器可以是圍繞元件50的邊緣連續(xù)的或分段的。在放大圖(如方框和箭頭51所示)中示出了元件50的邊緣部分，以解釋這里的說(shuō)明書。如放大圖所示，光學(xué)元件包括基底52，該基底具有薄膜57，該薄膜包括1-7層匹配材料56 (示出了 3層)和阻擋層54。在一個(gè)實(shí)施例中，匹配層的數(shù)量是1-4。這里所述的阻擋層和匹配層圍繞元件的邊緣沉積，該元件將被保持在保持器中。阻擋層54用來(lái)最小化或消除激光至粘合劑60的透射，該粘合劑用來(lái)將光學(xué)元件的邊緣粘合至保持器(在放大圖中未示出)。匹配層使從阻擋層至基底的背反射最小化。匹配層首先施加至基底，然后阻擋層施加在匹配層的頂上。光學(xué)元件因此包括基底52和薄膜57的組合，薄膜包括匹配層56和阻擋層54。光學(xué)元件可使用粘合劑材料60安裝入保持器。粘合劑如圖所示分段地施加在阻擋層頂上，或作為連續(xù)涂層施加在阻擋層上。還如圖I所示，箭頭59表示撞擊在基底52的內(nèi)表面上并由該內(nèi)表面反射的“雜散”激光。阻擋層54在使用了光學(xué)元件的激光光學(xué)系統(tǒng)的波長(zhǎng)處是不透射的，但可透射在紫外線固化過(guò)程的波長(zhǎng)處的光，該紫外線固化過(guò)程通常是約365nm處的汞I線。然而，在操作過(guò)程中，通過(guò)元件的激光可撞擊阻擋層并可由阻擋層背反射入光學(xué)元件。結(jié)果，一種或多種選定材料放置在光學(xué)元件基底和阻擋層之間，以顯著減少或消除反射。對(duì)于粘合劑紫外線固化不是必需的那些應(yīng)用，阻擋層可以是金屬層或紫外線不透射的材料層?？捎脕?lái)沉積阻擋層的沉積方法的實(shí)例包括但非限制于化學(xué)氣相沉積、等離子輔助沉積、使用電阻加熱的真空沉積、離子濺射和本領(lǐng)域已知的其它沉積方法。匹配層是選自以下的至少一種材料A1203、HfO2, Y2O3和SiO2 (例如但非限制，熔融石英、摻氟熔融石英和高純度熔融石英)，以及它們的混合物。具有顯著吸收作用的氧化 物也可用作薄膜內(nèi)的非常薄層；這些材料的非限制性實(shí)例是Nb205、Ta2O5和TiO2,以及它們的混合物。可用在匹配層中的其它材料包括金屬氟化物，例如但非限制于，MgF2、LaF3、GdF3和AlF3，以及它們的混合物。匹配結(jié)構(gòu)中的各匹配層可具有5nm — 120nm的厚度，并可用本領(lǐng)域已知的方法沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，匹配結(jié)構(gòu)中的各匹配層可具有5nm - 50nm的厚度。當(dāng)具有顯著吸收作用的氧化物用在匹配層結(jié)構(gòu)中時(shí)，這些材料的厚度位于前述范圍的下端，例如5-25nm。這些沉積方法的實(shí)例包括但非限制于化學(xué)氣相沉積、等離子輔助沉積、使用電阻加熱的真空沉積、離子濺射和本領(lǐng)域已知的其它沉積方法。匹配層和阻擋層可圍繞整個(gè)邊緣或端部施加，或者它可圍繞邊緣或端部分段地施加。當(dāng)圍繞邊緣(或其它表面)分段地施加時(shí)，未施加層的區(qū)域可通過(guò)使用夾具來(lái)掩蔽，該夾具保持該元件并阻擋不施加涂層的區(qū)域。阻擋層是選自以下的至少一種材料Nb205、TiO2Ja2OjPNiCr ;以及金屬，諸如Ni、Cr、Al、Ti和Cr，以及它們的混合物，例如NiCr。阻擋層材料具有20nm-400nm的厚度，并可用本領(lǐng)域已知的方法沉積。對(duì)于高吸收作用的阻擋材料選擇低于300nm，吸收作用越高，阻擋層可越薄。這些沉積方法的實(shí)例包括但非限制于化學(xué)氣相沉積、等離子輔助沉積、使用電阻加熱的真空沉積、離子濺射和本領(lǐng)域已知的其它沉積方法。基底材料可以是對(duì)低于300nm的光透射的任何材料。這些基底的實(shí)例包括但非限制于石英、熔融石英、HPFS'K)(來(lái)自康寧公司的高純度熔融石英)、氟化鈣和氟化鎂?？刹僮鞯兀ヅ鋵雍妥钃鯇拥慕M合如下工作。阻擋層，例如Nb2O5層，將阻擋300nm以下的波長(zhǎng)，同時(shí)保持在365nm(汞I線，其中典型地完成了紫外線可固化的粘合劑的固化)處的合理透射率(大于50% )，使得用來(lái)將光學(xué)元件粘合至保持器的任何粘合劑可固化。在激光器運(yùn)行過(guò)程中，阻擋層還防止低于300nm的激光撞擊在粘合劑上并使粘合劑老化，例如通過(guò)致使粘合劑材料內(nèi)的粘合斷開(kāi)。匹配層將顯著減少低于300nm的激光從阻擋層背反射入基底并最終從光學(xué)系統(tǒng)至激光工作視域的量。然而，匹配層形成為在固化波長(zhǎng)處保持充分的透射。例如，用作單個(gè)匹配層的鈮層對(duì)于高達(dá)約40°的入射角透射約70%的光。通常，激光沿圖I中雙頭箭頭58所示的方向行進(jìn)。然而，雜散激光可由于來(lái)自表面的散射而出現(xiàn)于系統(tǒng)中，尤其在涂層施加至基底或光學(xué)元件的表面或基底或光學(xué)元件被保持器保持在位的區(qū)域。雜散光也可源自光學(xué)元件的大塊材料，源自元件的表面，或通過(guò)源自經(jīng)過(guò)透射元件的光的鏡面反射(也稱為“幻像”)。當(dāng)雜散激光到達(dá)基底和阻擋層的阻擋界面時(shí)(不存在匹配材料)，可以將雜散激光背反射至基底。當(dāng)雜散光離開(kāi)光學(xué)元件并例如撞擊在光掩模上，它可致使所限定的電路或元件的清晰度降低。該雜散光的入射角完全取決于光學(xué)系統(tǒng)的特定拘留。因此，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)可在各光學(xué)系統(tǒng)之間變化，所以希望具有防止源自雜散光的反射問(wèn)題的簡(jiǎn)單方式。圖I中的箭頭59示出了雜散光如何從基底內(nèi)反射。圖2不出了對(duì)于從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的激光、在266nm處,平均偏振模擬反射率與入射角之間的關(guān)系。阻擋層和匹配層如上所述進(jìn)行沉積。圖I中示出的曲線是曲線10:沒(méi)有涂層?！仓挥谢住城€12 :只有300nm厚Nb2O5層(20)的基底?！不?300nmNb205〕
曲線14 :具有25nm厚HfO2匹配層(22)和300nm厚Nb2O5層(20)阻擋層的基底?！不?/25nm Hf02/300nm Nb2O5)曲線16 :具有4層匹配結(jié)構(gòu)和300nm厚Nb2O5阻擋層(20)的基底，該4層匹配結(jié)構(gòu)包括交替的Al2O3 (24)和HfO2 (22)層(Al2O3層是施加至基底的第一層)。用在該實(shí)例中的特定厚度是 25nm Al203、52nm Hf02、64nmAl203 和 48nm Η 2?！不?25nm Al203/52nm HfO2/64nm Al203/28nm HfO2/300nmNb205)基底52在所有情況下都是熔融石英。Nb2O5層在266nm處吸收，模擬透射率是〈O. 1%。使用20%反射率作為參考點(diǎn)，圖2中的數(shù)據(jù)表示曲線10的無(wú)涂層基底在 40°入射角以下反射了從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的光的小于約20%。在大于40°的角度處,反射率的量非常急劇地增大，直到在約42°處反射了約100%的光。曲線12的涂覆有單層Nb2O5的基底在高達(dá)60°的角度處反射了從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的光的小于約20%。在60°以上的角度處，反射率增大并在90°處到達(dá)100%反射率。曲線14的涂覆有基底頂上的HfO2匹配層和HfO2層頂上的Nb2O5阻擋層的基底在高達(dá)約75°的角度處反射了從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的光的小于約20%。曲線16示出了一基底，交替的Al2O3 (24)和HfO2 (22)匹配層首先施加在該基底上以形成4層匹配結(jié)構(gòu)(Al2O3是施加至基底的第一層)，然后Nb2O5阻擋層施加在4層Al203/Hf02/Al203/Hf02結(jié)構(gòu)頂上，該基底在高達(dá)約85°的角度處反射了從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的光的小于約20%。表2中的數(shù)據(jù)因此清楚地表示，通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)匹配層插入基底和阻擋層之間可顯著降低雜散光的內(nèi)部反射率。圖3是對(duì)于從內(nèi)側(cè)撞擊基底外表面的光、在266nm處,平均偏振模擬反射率與入射角之間的關(guān)系。所示的圖用于吸收涂層，其中曲線30 :具有在300nm厚金屬鋁(Al，(28))涂層之下的IOnm厚NiCr阻擋層(26)的基底。〔基底/NiCr/Al〕曲線32 :具有在300nm厚Al涂層(28)之下的IOnm厚NiCr阻擋層(26)且具有基底和Al阻擋層之間的13nm厚Nb2O5 (20)匹配層的基底。〔基底/Nb205/NiCr/Al〕曲線34 :具有在300nm厚Al涂層(28)之下的IOnm厚NiCr阻擋層(26)且具有基底和阻擋層之間的由Nb2O5 (22)和Al2O3 (24)層構(gòu)成的2層匹配結(jié)構(gòu)的基底。Nb2O5和Al2O3層的厚度分別是66nm和llnm。〔基底 /66nmAl203/llnmNb205/10nmNiCr/300nmAl〕基底在所有情況下都是熔融石英。使用20%反射率作為參考點(diǎn)，圖3中的數(shù)據(jù)表示曲線30對(duì)于0° — 90°的所有角度都超過(guò)該值，表示撞擊基底表面的相當(dāng)多的光。將阻擋層結(jié)合在基底和鋁層之間降低了反射率，如曲線32所示，反射率在0° — 45°降低至約5%。曲線32然后在約70°處升高至20%反射率，然后在90°處繼續(xù)升高至100%反射率。與曲線30和32相比，曲線34，其中Nb2O5和Al2O3匹配層結(jié)合在基底和阻擋層之間，顯示了在0°至約77°之間小于約3%反射率，在約85°處升高至20%反射率，然后在90°處升高至100%反射率。、
圖4是棱鏡60的圖示，該棱鏡的端部61具有插入基底52和鋁外層28之間的匹配層和阻擋層。端部的側(cè)視圖示出了基底52、Nb205 (22)和Al2O3 (24)匹配層、NiCr (26)阻擋層、以及Al (28)外層的定位。該涂層的反射率如圖3中的曲線34所示。應(yīng)該注意，盡管一種材料(例如但非限制于Nb2O5)可用作阻擋層或匹配層，但該層的厚度可根據(jù)用途變化。例如，在圖2的曲線16中，Nb2O5阻擋層具有300nm的厚度，而在圖3的曲線34中，其中Nb2O5用作匹配層，Nb2O5厚度是llnm。雖然已經(jīng)關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但得益于此公開(kāi)好處的本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解的是，可設(shè)計(jì)出不背離本文中所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍的其它實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種成形光學(xué)元件，具有供激光進(jìn)入和離開(kāi)的表面和由所述表面限定的邊緣，所述元件包括基底和沉積在所述邊緣的至少一部分上的薄膜，所述薄膜包括至少一層沉積在所述基底頂上的至少一種折射率匹配材料和沉積在所述至少一個(gè)匹配層頂上的阻擋層材料。
2.如權(quán)利要求I所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述薄膜包括1-7層至少一種折射率匹配層和阻擋層，所述折射率匹配層中的每個(gè)折射率匹配層具有5nm - 50nm的厚度，所述阻擋層具有20nm — 400nm的厚度。
3.如權(quán)利要求I所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述薄膜包括1-4層至少一種折射率匹配材料和阻擋層，所述折射率匹配層中的每個(gè)折射率匹配層具有5nm - 50nm的厚度，所述阻擋層具有20nm - 400nm的厚度。
4.如權(quán)利要求2所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述1-7層折射率匹配材料包括選自以下的交替的折射率匹配材料Nb2O5, Al2O3' HfO2, Si02、Y2O3> MgF2' LaF3> GdF3> AlF 3' Ta2O5和TiO2,以及它們的混合物。
5.如權(quán)利要求3所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述1-4層折射率匹配材料包括選自以下的交替的折射率匹配材料Nb2O5, Al2O3' HfO2, Si02、Y2O3> MgF2' LaF3> GdF3> AlF3' Ta2O5和TiO2,以及它們的混合物。
6.如權(quán)利要求2所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述阻擋材料選自NiCr，Nb2O5,TiO2, TaO2，選自Ni、Cr、Al和Ti的金屬，以及它們的混合物。
7.如權(quán)利要求3所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述阻擋材料選自NiCr，Nb2O5,TiO2, TaO2，選自Ni、Cr、Al和Ti的金屬，以及它們的混合物。
8.如權(quán)利要求I所述的成形光學(xué)元件，其特征在于，所述基底選自石英、熔融石英、高純度熔融石英、摻氟熔融石英、氟化鈣和氟化鎂。
全文摘要
本發(fā)明涉及用在低于300nm激光系統(tǒng)中的薄膜，該薄膜可施加至各種基底類型。薄膜(57)包括選定材料的阻擋層(54)和匹配結(jié)構(gòu)(56)，該匹配結(jié)構(gòu)包括1-7層選定材料。阻擋層用來(lái)最小化或消除低于300nm的激光至粘合劑(60)的透射，該粘合劑用來(lái)將基底(52)粘合至保持器。匹配層使低于300nm的激光從阻擋層(54)至基底(52)的內(nèi)部背反射最小化。
文檔編號(hào)G02B5/28GK102741712SQ201080053156
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者H·施賴伯, J·F·安澤洛蒂 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司