[发明专利]193纳米P光大角度减反射薄膜元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及ArF准分子激光应用技术领域，具体涉及一种193纳米P光大角度减反射薄膜元件及其制备方法。

背景技术

近年来，193nmArF准分子激光器作为深紫外光刻机的光源取得了广泛应用。随着光刻技术的发展，193nm光刻机所采用的激光器的功率日益提高，由此对ArF准分子激光器的波长精度、输出效率提出了更高的要求。在ArF准分子激光器中，为了实现极窄的波长输出，需要采用线宽压窄模块。线宽压窄模块是ArF激光腔内用于将放电产生的宽激光发射谱进行线宽压窄的核心部件，不仅决定了ArF准分子激光器的输出线宽，而且影响ArF准分子激光器的光束质量和输出效率。

线宽压窄模块包含多个用于光学扩束的色散棱镜，为了获得较大的光学扩束率，P偏振态ArF激光在直角扩束棱镜斜边上的入射角需要尽可能大(通常大于布鲁斯特角)，但大角度斜入射将引起菲涅耳反射损耗的增加，193纳米P偏振态激光光束在扩束棱镜组中的多次振荡(ArF激光谐振腔长约1m，产生的脉冲步长为20-30ns，ArF激光在谐振腔内一般要往返振荡3-5次)产生的光学损耗会大大降低激光器的输出效率甚至导致激光器失效，而且棱镜组之间的菲涅耳反射降低了棱镜的透过率，光束在多个棱镜来回振荡时也会产生较大的损耗，如当P偏振态ArF激光以74°入射直角扩束棱镜斜边时，单面剩余反射率为8.8%，单面透过率为91%，大大降低了ArF准分子激光器的输出效率和使用寿命。因此，需要在棱镜的斜面镀制减反射膜以减小反射损耗，考虑到镀膜成本及镀膜难度会随着入射角的增大而增大，平衡入射角和镀膜二者的关系，入射角通常选定在68°-75°之间。

中国专利201210488002.0公开了一种193nmP光大角度减反射薄膜元件的制备方法：采用真空热沉积方法在基底上依次交替沉积MgF₂薄膜层和LaF₃薄膜层，在不影响光谱指标的情况下，极力压缩每层LaF₃薄膜层的厚度，使多层LaF₃薄膜层的总厚度小于40nm，最外层MgF₂薄膜层的厚度为2.5nm，得到了薄膜元件；虽然该薄膜元件实现了P偏振态ArF激光在71°入射四棱镜扩束棱镜组时具有极低的反射率，但当P偏振态ArF激光74°入射三棱镜扩束棱镜组时，此薄膜元件无法克服P偏振态激光光束在扩束棱镜组中多次振荡光学损耗严重、并导致ArF准分子激光器的光束质量和输出效率大大降低的缺陷。

发明内容

本发明的发明目的是解决193纳米P光74°入射三棱镜扩束棱镜组时多次振荡产生的光学损耗严重、并导致ArF准分子激光器的光束质量和输出效率大大降低的问题，提供了一种193纳米P光大角度减反射薄膜元件及其制备方法。

本发明提供一种193纳米P光大角度减反射薄膜元件，该薄膜元件包括：

在CaF₂基底上依次交替形成的MgF₂薄膜层和LaF₃薄膜层；MgF₂薄膜层共为四层，LaF₃薄膜层共为三层，每层LaF₃薄膜层的厚度为29.7-30.3nm。

优选的是，最上层的MgF₂薄膜层的厚度为2.2nm。

优选的是，所述的MgF₂薄膜层和LaF₃薄膜层均采用真空热沉积方法形成。

优选的是，所述的薄膜元件的膜系从下到上依次为43.7nm厚的MgF₂薄膜层，30.1nm厚的LaF₃薄膜层，50.2nm厚的MgF₂薄膜层，30.1nm厚的LaF₃薄膜层，50.3nm厚的MgF₂薄膜层，30.0nm厚的LaF₃薄膜层，2.2nm厚的MgF₂薄膜层。

本发明还提供一种193纳米P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)选用CaF₂作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在两块基底上分别沉积单层LaF₃薄膜层和单层MgF₂薄膜层，对单层MgF₂薄膜层和单层LaF₃薄膜层进行光学常数解析，获得单层MgF₂薄膜层和单层LaF₃薄膜层在193nm工作波段处的折射率和消光系数；