[发明专利]低损耗深紫外多层膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低损耗深紫外多层膜的制备方法，属于深紫外光学技术应用领域。

背景技术

近年来，以ArF准分子激光和200nm以下波长自由电子激光为代表的深紫外光学应用获得了长足的发展，其中ArF准分子193nm激光在包括材料精细微加工、深紫外光刻、材料处理、激光标签等在内的激光工业应用，准分子激光医疗，以及科学研究等诸多领域都获得了十分广泛重要的应用，深紫外光学相关技术的研究具有重大的社会和经济价值。深紫外激光光学系统与应用的不断发展对深紫外光学薄膜元件性能及长期稳定性要求都提出了新的挑战。

193nm光刻系统是目前为止人类所搭建的最为复杂的光学系统之一，随着193nm光刻系统不断向更高的节点迈进，对光刻光源ArF准分子激光器的性能要求愈加苛刻，不断向着能量更高、频率更大的方向发展。在深紫外波段，所有光学材料不可避免的存在吸收损耗和散射损耗，可选用的镀膜材料只有氧化物Al₂O₃、SiO₂和少数氟化物系列LaF₃ 、MgF₂ 等，这两类材料在光学及机械性能方面存在着各自的优势和缺点。在深紫外多层膜系统中，如在高反射薄膜系统中，薄膜层数可达50层之多，随之会带来严重的吸收损耗和散射损耗，光学损耗的大小决定了深紫外光学薄膜元件的性能优劣。当深紫外薄膜元件需要长时间用于较高能量且较复杂光学系统中时，整个光刻系统对193nm薄膜元件的损伤阈值、性能稳定性及使用寿命提出了极为苛刻的要求。

现有深紫外多层膜采用全氧化物多层膜体系和全氟化物多层膜体系。

采用全氧化物多层膜体系时，氧化物可在较低温度下沉积，具有光滑的表面，散射损耗较小，具有较高的聚集密度，膜层牢固耐用。 Al₂O₃在193nm波段折射率可达1.85，与低折射率材料SiO₂折射率差值大，在薄膜元件设计和制备中容易获得理想的反射率或透过率，同时在工作波长范围内会有更宽的光谱带宽。但由于193nm接近Al₂O₃的本征吸收限，造成吸收损耗较大，并且氧化物薄膜在ArF激光器F₂工作气氛中不稳定，容易退化导致薄膜元件性能下降甚至失效，这将对整个光学系统造成灾难性的后果。

采用全氧化物多层膜体系时，氟化物在深紫外波段吸收较小，但是需要在较高的基底温度下成膜，对成膜环境敏感，其特性受基底材料、表面光洁度、压强沉积速率及温度影响较大。膜层的聚集密度相对较低，氟化物多层膜的多晶态是造成散射损耗较大的主要原因，同比于氧化物膜系来说，应力较小，这有利于减少膜层损伤发生的几率，氟化物薄膜在ArF激光器F₂工作环境中性能稳定不易退化。

发明内容

本发明为了解决现有技术中深紫外光学薄膜，应用全氧化物膜层导致光学薄膜系统吸收损耗大以及应用全氟化物膜层导致光学薄膜系统散射损耗大的问题。

本发明提出低损耗深紫外多层膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将需要镀膜的光学基底进行超声波清洗、慢拉脱水、N₂烘干；

步骤二、按照薄膜设计的膜系结构，在步骤一完成后的光学基底上，采用离子辅助电子束蒸发工艺制备氧化物膜层堆；

步骤三、采用热蒸发工艺继续在氧化物膜层堆上制备氟化物膜层堆。

本发明的有益效果：本发明低损耗深紫外多层膜的制备方法，在基底上先制备氧化物膜层堆，可以有效提高多层膜体系的致密性和表面粗糙度，克服了全氟化物多层膜体系中薄膜的内部结构比较疏松、表面粗糙度比较大的缺点，利于降低薄膜元件对有机污染物和水汽的吸附，并大大降低多层膜体系的散射损耗；在氧化物膜层堆上继续制备氟化物膜层堆，可以有效降低多层膜体系吸收损耗，避免了全氧化物多层膜体系中外层氧化物薄膜与激光作用的导致吸收损耗较大的缺点，由于本发明深紫外多层膜的外层为氟化物膜层，提高了薄膜元件在F₂环境中的稳定性。

附图说明

图1：低损耗深紫外多层膜的制备工艺流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明低损耗深紫外多层膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将需要镀膜的光学基底1进行超声波清洗、慢拉脱水、N₂烘干；