專利名稱：低損耗深紫外多層膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低損耗深紫外多層膜的制備方法，屬于深紫外光學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以ArF準(zhǔn)分子激光和200nm以下波長(zhǎng)自由電子激光為代表的深紫外光學(xué)應(yīng)用獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中ArF準(zhǔn)分子193nm激光在包括材料精細(xì)微加工、深紫外光刻、材料處理、激光標(biāo)簽等在內(nèi)的激光工業(yè)應(yīng)用，準(zhǔn)分子激光醫(yī)療，以及科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域都獲得了十分廣泛重要的應(yīng)用，深紫外光學(xué)相關(guān)技術(shù)的研究具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。深紫外激光光學(xué)系統(tǒng)與應(yīng)用的不斷發(fā)展對(duì)深紫外光學(xué)薄膜元件性能及長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求都提出了新的挑戰(zhàn)。193nm光刻系統(tǒng)是目前為止人類所搭建的最為復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)之一，隨著193nm光刻系統(tǒng)不斷向更高的節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，對(duì)光刻光源ArF準(zhǔn)分子激光器的性能要求愈加苛刻，不斷向著能量更高、頻率更大的方向發(fā)展。在深紫外波段，所有光學(xué)材料不可避免的存在吸收損耗和散射損耗，可選用的鍍膜材料只有氧化物A1203、SiO2和少數(shù)氟化物系列LaF3、MgF2等，這兩類材料在光學(xué)及機(jī)械性能方面存在著各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。在深紫外多層膜系統(tǒng)中，如在高反射薄膜系統(tǒng)中，薄膜層數(shù)可達(dá)50層之多，隨之會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的吸收損耗和散射損耗，光學(xué)損耗的大小決定了深紫外光學(xué)薄膜元件的性能優(yōu)劣。當(dāng)深紫外薄膜元件需要長(zhǎng)時(shí)間用于較高能量且較復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中時(shí)，整個(gè)光刻系統(tǒng)對(duì)193nm薄膜元件的損傷閾值、性能穩(wěn)定性及使用壽命提出了極為苛刻的要求?，F(xiàn)有深紫外多層膜采用全氧化物多層膜體系和全氟化物多層膜體系。采用全氧化物多層膜體系時(shí)，氧化物可在較低溫度下沉積，具有光滑的表面，散射損耗較小，具有較高的聚集密度，膜層牢固耐用。Al2O3在193nm波段折射率可達(dá)1. 85，與低折射率材料SiO2折射率差值大，在薄膜元件設(shè)計(jì)和制備中容易獲得理想的反射率或透過(guò)率，同時(shí)在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)有更寬的光譜帶寬。但由于193nm接近Al2O3的本征吸收限，造成吸收損耗較大，并且氧化物薄膜在ArF激光器F2工作氣氛中不穩(wěn)定，容易退化導(dǎo)致薄膜元件性能下降甚至失效，這將對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的后果。采用全氧化物多層膜體系時(shí)，氟化物在深紫外波段吸收較小，但是需要在較高的基底溫度下成膜，對(duì)成膜環(huán)境敏感，其特性受基底材料、表面光潔度、壓強(qiáng)沉積速率及溫度影響較大。膜層的聚集密度相對(duì)較低，氟化物多層膜的多晶態(tài)是造成散射損耗較大的主要原因，同比于氧化物膜系來(lái)說(shuō)，應(yīng)力較小，這有利于減少膜層損傷發(fā)生的幾率，氟化物薄膜在ArF激光器F2工作環(huán)境中性能穩(wěn)定不易退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中深紫外光學(xué)薄膜，應(yīng)用全氧化物膜層導(dǎo)致光學(xué)薄膜系統(tǒng)吸收損耗大以及應(yīng)用全氟化物膜層導(dǎo)致光學(xué)薄膜系統(tǒng)散射損耗大的問(wèn)題。
本發(fā)明提出低損耗深紫外多層膜的制備方法，包括以下步驟步驟一、將需要鍍膜的光學(xué)基底進(jìn)行超聲波清洗、慢拉脫水、N2烘干；步驟二、按照薄膜設(shè)計(jì)的膜系結(jié)構(gòu)，在步驟一完成后的光學(xué)基底上，采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝制備氧化物膜層堆；步驟三、采用熱蒸發(fā)工藝?yán)^續(xù)在氧化物膜層堆上制備氟化物膜層堆。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明低損耗深紫外多層膜的制備方法，在基底上先制備氧化物膜層堆，可以有效提高多層膜體系的致密性和表面粗糙度，克服了全氟化物多層膜體系中薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較疏松、表面粗糙度比較大的缺點(diǎn)，利于降低薄膜元件對(duì)有機(jī)污染物和水汽的吸附，并大大降低多層膜體系的散射損耗；在氧化物膜層堆上繼續(xù)制備氟化物膜層堆，可以有效降低多層膜體系吸收損耗，避免了全氧化物多層膜體系中外層氧化物薄膜與激光作用的導(dǎo)致吸收損耗較大的缺點(diǎn)，由于本發(fā)明深紫外多層膜的外層為氟化物膜層，提高了薄膜元件在F2環(huán)境中的穩(wěn)定性。


圖1 :低損耗深紫外多層膜的制備工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明低損耗深紫外多層膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟步驟一、將需要鍍膜的光學(xué)基底I進(jìn)行超聲波清洗、慢拉脫水、N2烘干；步驟二、按照薄膜設(shè)計(jì)時(shí)的膜系結(jié)構(gòu)，在步驟一完成后的光學(xué)基底I上，采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝制備氧化物膜層堆2，實(shí)現(xiàn)多層膜體系中較為致密和光滑的內(nèi)側(cè)膜系，有效減少多層膜體系的散射損耗；步驟三、由于離子輔助電子束蒸發(fā)工藝中工藝氣體的引入，會(huì)降低鍍膜腔體的本底真空度。熱蒸發(fā)工藝需要在較高真空度下沉積，所以需要等待腔體真空度再次達(dá)到超高真空后，選擇合適的制備工藝參數(shù)，如基底加熱溫度，蒸發(fā)速率等。應(yīng)用熱蒸發(fā)工藝?yán)^續(xù)在氧化物膜層堆2上制備氟化物膜層堆3，有效減少多層膜體系的吸收損耗。光學(xué)基底I采用CaF2材料，氧化物膜層堆2采用Al203、Si02材料，氟化物膜層堆3采用LaF3、MgF2材料。深紫外氟化物薄膜材料不僅局限于LaF3、MgF2，還包括所有可用于深紫外波段的氟化物薄膜材料 A1F3、Na3AlF6, YF3> GdF3 等。本發(fā)明深紫外多層膜薄膜類型包括所有的薄膜類型，如高反射膜、增透膜、偏振膜等，及不同的入射角度，如O度入射、45度入射等。從工藝的兼容性來(lái)看，深紫外氧化物膜層堆2的制備工藝方法優(yōu)選采用等離子體輔助電子束工藝或離子束輔助電子束蒸發(fā)工藝等制備工藝方法，但是也包括采用離子束濺射工藝或磁控濺射工藝等制備工藝方法，且上述工藝制備方法與相應(yīng)的具體設(shè)備型號(hào)沒(méi)有任何關(guān)系，即包括相應(yīng)制備方法的所有不同型號(hào)的設(shè)備。由于在多數(shù)熱蒸發(fā)的鍍膜機(jī)都同時(shí)具備熱阻蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、離子輔助電子束蒸發(fā)及等離子體輔助電子束蒸發(fā)等能力。所以采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝制備氧化物(Al203/Si02)多層膜，可以同熱舟蒸發(fā)工藝制備氟化物(LaF3/MgF2)多層膜在一臺(tái)鍍膜機(jī)中進(jìn)行，即在制備氧化物多層膜后立即進(jìn)行氟化物多層膜的制備。本發(fā)明的制備方法可以很好地汲取氟化物和氧化物性能上的優(yōu)勢(shì)，同比于全氟化物膜系，結(jié)構(gòu)更加致密和表面粗糙度小，利于降低光學(xué)系統(tǒng)薄膜的散射損耗；同比于全氧化物膜系，在與激光作用最為緊密的外層材料選定為氟化物，有效降低多層膜系統(tǒng)的吸收損耗。本發(fā)明中深紫外多層膜系統(tǒng)可以大大減小光學(xué)薄膜吸收和散射損耗。此外，外層薄膜材料類型為氟化物也可以提高光學(xué)薄膜元件在F2環(huán)境中的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.低損耗深紫外多層膜的制備方法，其特征是，包括以下步驟 步驟一、將需要鍍膜的光學(xué)基底(I)進(jìn)行超聲波清洗、慢拉脫水、N2烘干； 步驟二、按照薄膜設(shè)計(jì)的膜系結(jié)構(gòu)，在步驟一完成后的光學(xué)基底(I)上，采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝制備氧化物膜層堆(2)； 步驟三、采用熱蒸發(fā)工藝?yán)^續(xù)在氧化物膜層堆(2)上制備氟化物膜層堆(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗深紫外多層膜的制備方法，其特征在于，光學(xué)基底(I)采用CaF2材料；氧化物膜層堆(2)采用Al2O3和SiO2材料；氟化物膜層堆(3)采用LaF3和MgF2材料。
全文摘要
低損耗深紫外多層膜的制備方法，屬于深紫外光學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中深紫外光學(xué)薄膜，應(yīng)用全氧化物膜層導(dǎo)致光學(xué)薄膜系統(tǒng)吸收損耗大以及應(yīng)用全氟化物膜層導(dǎo)致光學(xué)薄膜系統(tǒng)散射損耗大的問(wèn)題，該方法包括以下步驟步驟一、將需要鍍膜的光學(xué)基底進(jìn)行超聲波清洗、慢拉脫水、N2烘干；步驟二、按照薄膜設(shè)計(jì)的膜系結(jié)構(gòu)，在步驟一完成后的光學(xué)基底上，采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝制備氧化物膜層堆；步驟三、采用熱蒸發(fā)工藝?yán)^續(xù)在氧化物膜層堆上制備氟化物膜層堆，本發(fā)明克服了全氟化物多層膜體系中薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較疏松、表面粗糙度比較大的缺點(diǎn)，避免了全氧化物多層膜體系中外層氧化物薄膜與激光作用的導(dǎo)致吸收損耗較大的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B1/10GK103018798SQ201210532888
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者金春水, 靳京城, 李春, 鄧文淵, 常艷賀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所