[发明专利]一种提高热蒸发制备AlF3薄膜的深紫外以及真空紫外波段时效性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜制备技术领域，特别是一种提高热蒸发制备AlF₃薄膜的深紫外以及真空紫外波段时效性的方法。

背景技术

高分辨率光刻技术以及显微技术的发展推动光学系统进入到深紫外或真空紫外工作波段，如半导体集成电路产业中以193nm波长激光光源作为实现65nm和45nm分辨率的主要技术手段；一些特殊显微镜的工作波长也下降至深紫外以及真空紫外波段。在这些光学系统中，为了实现特定的光学性能，需要制备具有光谱滤光、透射率渐变等复杂薄膜系统，薄膜系统的性能成为限制光学系统性能的重要因素。薄膜性能在大气环境中的退化是表征薄膜性能的一个重要指标，性能退化包括薄膜吸收的增大，光谱漂移以及光谱曲线变化等方面。

在深紫外以及真空紫外波段氧化物薄膜吸收很大，无法用于复杂膜系的制备。目前深紫外以及真空紫外薄膜主要利用电子枪或者电阻加热蒸发金属氟化物材料制备，采用MgF₂，AlF₃等材料作为低折射率材料，利用LaF₃，GdF₃作为高折射率材料。对于MgF₂，LaF₃以及GdF₃，沉积制备的薄膜多晶态，呈柱状结构生长，这种结构的薄膜粗糙度相对较大，存在严重的折射率非均匀性，在深紫外薄膜中会引起严重的散射，特别是当膜层较多并且薄膜厚度较大时。而热蒸发制备的AlF₃薄膜具有无定形结构，薄膜的平整度较高，同时具有相对MgF₂更小的折射率，因此在制备复杂多层膜系时具有较大的优势，可以有效降低薄膜的光学散射损耗。

氟化物在大气中存放时，大气中的水蒸气或者碳氢化合物会吸附在薄膜表面，或者通过薄膜结构中的孔隙进入到薄膜内部，引起薄膜光谱性能的退化。其中碳氢化合物在薄膜上的吸附通常为物理吸附，可以通过紫外辐照技术解决。水分子在薄膜表面和内部的物理吸附会改变薄膜的折射率，并且由于存在可能的化学反应，引起的薄膜材料成分的变化会明显降低薄膜的透射率，引起吸收的增大。尽管利用AlF₃薄膜制备的深紫外以及真空紫外多层膜平整度较高，相对散射较小，遗憾的是AlF₃材料的稳定性较差，如在300℃左右AlF₃材料会和水蒸气发生如下化学反应：AlF₃+H₂O→Al₂O₃+F₂。AlF₃薄膜在大气环境中存放时，即使在室温条件下也会缓慢发生不可逆的化学反应，导致薄膜的性能变差；当环境温度升高，湿度增大时，化学反应加快。与AlF₃相比，MgF₂薄膜的环境稳定性较好，在大气环境中不会发生明显的化学变化。

为了改善AlF₃薄膜的时效性，目前采用的方法有以下几种，一是将热蒸发沉积的氟化物薄膜防止在氟气环境中后处理，在这个过程中改善薄膜的结构和化学配比，提高薄膜的光谱性能(Postfluorination of fluoride films for vacuum-ultraviolet lithography to improve their optical properties,Y.Taki,S.Watanabe,and A.Tanaka,Applied Optics,45,1380,(2007))；另一种是采用能量沉积方法，如采用离子束辅助沉积技术、磁控溅射沉积技术等方法，提高薄膜的致密度，同时利用ClF₄，NF₃等气体辅助沉积，提高薄膜的化学配比(B.Liao,M.Liu,and C.Lee,Process for deposition of AlF₃films,Applied Optics,13,C41,(2008))。这些方法使用特殊仪器，并采用毒性强，对环境危害很大的过程气体制备薄膜，并不适合大多数镀膜机的需要，特别是热蒸发镀膜机的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服热蒸发制备的AlF₃薄膜在大气环境中存放时光学性能退化的问题，提出了一种利用MgF₂薄膜保护方法控制热蒸发方法制备AlF₃薄膜退化的方法，实现了基于AlF₃薄膜的深紫外以及真空紫外多层膜的制备。