[发明专利]一种低应力深紫外多层膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于深紫外光学技术应用领域，具体涉及一种低应力深紫外多层膜的制备方法。

背景技术

随着半导体工业的发展，大规模集成电路的特征尺寸越来越小，光刻技术作为制备半导体器件的关键技术，面临着新的挑战。为了提高光刻系统的分辨率，曝光光源的波长不断减小，从436nm，355nm的近紫外进入到248nm，193nm的深紫外波段。以193nm ArF准分子激光光刻为例，已经突破90nm，65nm和45nm节点，成为目前主流的曝光技术。

在深紫外波段的应用领域中，包括ArF准分子激光器以及其他相关的深紫外光学系统都离不开深紫外镀膜光学元件，而在深紫外波段，光子能量已大于多数材料的禁带宽度，能够用于镀膜的材料只有少数几种氟化物，常用的氟化物高折射率材料有LaF₃和GdF₃，低折射率材料有AlF₃和MgF₂。

氟化物薄膜可使用多种沉积方法制备，不同方法制备的氟化物薄膜都会有残余应力的存在。薄膜中的应力可以分为本征应力和热应力，热应力是由于薄膜与基底热膨胀系数不同，以及成膜时基底温度与环境温度的差异而造成的；本征应力与薄膜的结构及内部缺陷等因素有关。热蒸发方法制备的氟化物薄膜，由于沉积温度一般为300℃甚至更高，因此薄膜中会有较大的残余热应力，使得氟化物薄膜总残余应力表现为张应力，膜层越厚，累积的应力也会越大。由于生长的高温和薄膜内部残余应力的影响，采用热蒸发方法为亚纳米面形精度的元件镀膜时，有可能会破坏元件面形。离子束溅射作为一种常温制备薄膜方法，能有效克服元件面形被破坏的风险，具有良好的应用潜力。

发明内容

本发明要解决现有热蒸发方法制备的氟化物薄膜需要加热至300℃甚至更高的温度，使得制备的氟化物薄膜通常具有张应力，尤其在薄膜较厚时，累计的张应力较大，高温和应力有可能导致元件的面形发生改变的技术问题，提供一种低应力深紫外多层膜的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种低应力深紫外多层膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)对基底进行预处理；

(2)选取AlF₃和GdF₃作为镀膜材料；

(3)使用Essential Macleod软件设计膜层结构，根据设计好的膜层结构采用离子束溅射方法制备得到低应力深紫外多层膜；

制备AlF₃薄膜的工艺窗口为：离子束束压600～700V，束流175～225mA；

制备GdF₃薄膜的工艺窗口为：离子束束压700～900V，束流175～225mA。

在上述技术方案中，步骤(1)具体为：

使用融石英作为基底，采用超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干清洁基底，基底放入镀膜机中后，使用离子源对真空室内的基底进行处理，去除表面吸附物。

在上述技术方案中，制备AlF₃薄膜和制备GdF₃薄膜的反应气体为NF₃，溅射气体为Xe。

在上述技术方案中，制备得到的低应力深紫外多层膜残余应力小于100MPa。

在上述技术方案中，制备得到的低应力深紫外多层膜为增透膜、高反膜或偏振模类型。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术相比具有以下优点：首先，本发明制备的AlF₃单层薄膜具有张应力，GdF₃单层薄膜具有压应力，两薄膜总厚度为400nm时，其应力数值均小于100MPa，将这两种薄膜进行组合，可以相互抵消大部分应力，采用这两种材料设计的膜层结构，均能够实现膜层具有较低的应力。其次，由于离子束溅射沉积粒子能量较大，有效克服了热蒸发方法制备的氟化物内部填充密度低的缺点。本发明制备的低应力深紫外多层膜具有较低的光学损耗，保证多层膜具有较低应力的同时，又有良好的深紫外光学应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明制备的高反膜结构示意图。

图2为本发明制备的高反膜的透射和反射光谱曲线。

图3为本发明制备的增透膜结构示意图。

图4为本发明制备的增透膜的透射和反射光谱曲线。

其中，H为高折射率材料GdF₃，L为低折射率材料AlF₃，n为20。