193nm?P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，涉及ArF准分子激光应用技术领域，解决了P偏振态193nm激光光束大角度入射扩束棱镜组时，由于剩余反射导致该模块光学损耗过大的问题。本发明专利技术在采用真空热沉积方法在基底上交替沉积LaF3薄膜层和MgF2薄膜层，通过对LaF3薄膜层和MgF2薄膜层进行光学常数解析，特别针对LaF3薄膜层进行厚度优化，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；实现对减反射薄膜元件的制备。本发明专利技术可以实现P偏振态ArF激光在71o入射时仍具有极低的反射率，大大提高ArF激光器的输出效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ArF准分子激光应用
，具体涉及一种用于ArF器线宽压窄模块中扩束棱镜斜边表面的P光大角度(71°)减反射薄膜元件的设计与制备。
技术介绍
近年来，193nm ArF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。为了实现高质量的ArF偏振激光输出，激光器腔内需要使用偏振光学兀件。激光器腔内的偏振光学兀件对于激光输出的功率和偏振度都有重要影响。在ArF准分子激光器中，为了实现极窄的波长输出，需要采用线宽压窄光学模块，该光学模块包含了多个用于光学扩束的色散棱镜。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关键核心部件，直接影响着其光束质量和输出能量，同时也是激光腔内最容易被破坏的部分。线宽压窄光学模块不仅直接决定了 ArF准分子激光器的输出线宽，而且对于ArF准分子激光器的输出功率和偏振度都有十分重要的影响。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)。由于大角度斜入射将引起菲涅耳反射损耗的增加，P偏振态193nm激光光束在扩束棱镜组中的多次振荡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。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传输时将会产生较大的损耗。为此，需要在棱镜的斜面镀制增透膜以减小反射损耗。然而，考虑到镀膜成本及难度会随着入射角的增大而增大，因此要平衡入射角和镀膜二者的关系，入射角通常选定在68°-72°之间。实现线宽压窄模块扩束棱镜表面高性能的P光在大角度(71°)入射条件下减反射薄膜元件的设计与制备，对提高ArF准分子激光器的波长精度、性能稳定性、输出效率具有重要意义。本专利技术填补国内深紫外波段大角度减反射膜镀制技术空白。
技术实现思路
本专利技术为解决现有P偏振态193nm激光光束在ArF准分子激光器的扩束棱镜组中多次振荡产生的光学损耗严重、并由此导致的ArF准分子激光器的光束质量和输出效率大大降低等问题，提供一种193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法。193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，该方法由以下步骤实现步骤一、以CaF2作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在基底上沉积MgF2单层膜和LaF3单层膜，对MgF2薄膜层进行光学常数解析，获得MgF2薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 42，消光系数为O. 00048 ;采用一阶非均匀性模型对LaF3薄膜层进行光学常数解析，获得LaF3薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 68，消光系数为O. 0028，步骤二、采用真空热沉积方法在CaF2基底上交替沉积多层MgF2薄膜层和多层LaF3薄膜层，对步骤一进行光学常数解析后的LaF3薄膜层进行厚度优化，使多层LaF3薄膜层的总厚度小于40nm ;最外层的MgF2薄膜层厚度为2. 5nm,最终实现对减反射薄膜元件的制备。本专利技术的有益效果本专利技术所述方法镀制的薄膜大大降低了扩束棱镜斜边的剩余反射损耗，较大幅度提高线宽压窄模块输出效率；同时具有较宽的角度容差。本专利技术所述的薄膜元件在P光71°入射时，193nm处剩余反射率小于O. 5%。同比裸基底时的该反射率为4. 4%，通过镀制该薄膜大大降低了扩束棱镜斜边的剩余反射损耗，较大幅度提高线宽压窄模块输出效率；该薄膜元件在P光71度入射时，在191-194nm范围内剩余反射率小于O. 5%，具有较宽的光谱带宽；该薄膜元件在P光大角度入射时，在65°-73°范围内剩余反射率小于1%，具有较宽的角度容差； 该薄膜元件在20-30mJ/cm2 ArF激光能流密度下长时间辐照，光谱性能指标稳定，薄膜表面也没有膜层退化、脱落等现象产生。71度P光偏振减反射膜元件存储于大气环境中一个月内光谱指标没有明显改变，波长漂移可以忽略不计，具有良好的环境稳定性。附图说明图I ArF准分子激光器线宽压窄模块与波长控制系统图；图2线宽压窄模块直角扩束棱镜光路图；图3为本专利技术所述的193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法中高折射率薄膜材料LaF3光学常数解析的效果图；图4为本专利技术所述的193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法中减反射薄膜膜系模型图；图5为现有规整1/4 λ膜系与本专利技术所述的优化膜系电场强度分布对比图；图6为具体实施方式三中193nm P光大角度(71°)减反射薄膜剩余反射率图；图7为具体实施方式三中193nm P光大角度(71°)减反射薄膜变角度剩余反射率图；图8为具体实施方式三中193nm P光大角度(71°)减反射薄膜环境稳定性测试图。具体实施例方式具体实施方式一、结合图4说明本实施方式，193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，该方法由以下步骤实现步骤一、选用CaF2作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在基底上分别沉积LaF3单层膜和MgF2单层膜，所述两种单层薄膜的厚度分别为IOOnm和300nm。并对LaF3薄膜层和MgF2薄膜层进行光学常数解析，其中对LaF3薄膜采用一阶非均匀性模型，获得LaF3薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 68，消光系数为O. 0028，MgF2薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 42，消光系数为O. 00048 ；步骤二、另外选用CaF2作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在基底上依次交替沉积多层MgF2薄膜层和多层LaF3薄膜层，对步骤一中进行光学常数解析后的LaF3薄膜层进行优化，对LaF3薄膜层进行厚度优化，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 ;最外层的MgF2薄膜层厚度为2. 5nm,实现对减反射薄膜元件的制备。本实施方式步骤一中选用CaF2 (RMS<0. 2nm)作为镀膜基底时，采用真空热沉积方法对基底的加热温度为300°C，沉积速率为O. 6nm/s。具体实施方式二、结合图I至图3和图5说明本实施方式，193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，本实施方式设计和制备了入射角为71。的193nm波段P光减反射薄膜，该种膜系在该种入射条件下具有极低的反射率，大大提高ArF激光器输出效率，同时在68°-72°范围内具有较大角度容差，为线宽压窄模块系统装调使用提供便利。具体步骤为步骤一、薄膜光学元件制备条件。本实施方式中薄膜元件制备采用钥舟真空热蒸发沉积技术，该方法是在所有的沉积方法中是最适合于沉积深紫外波段低光学吸收薄膜的方法之一。为了保证薄膜元件在深紫外光波照射下，保持较好的环境稳定性及光谱稳定性，需要采用较高的沉积温度，本实施中镀膜基底选用CaF2 (RMS<0. 2nm)，本基底真空度小于10_6mbar，沉积前使用APS源对镀膜基底进行预处理，基底加温温度为300°C，热蒸发沉积速率选为O. 6nm/s，薄膜厚度控制采用晶振控制的监测方法。步骤二、薄膜材料光学常数精确解析。在深紫外波段，LaF3因其具有较高的折射率和透过率而得到广泛应用，在与MgF2等低折射率材料组成的交替膜系中，LaF3膜层主导着多层膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
193nm？P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、以CaF2作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在基底上沉积MgF2单层膜和LaF3单层膜，对MgF2薄膜层进行光学常数解析，获得MgF2薄膜层在193nm工作波段处的折射率为1.42，消光系数为0.00048；采用一阶非均匀性模型对LaF3薄膜层进行光学常数解析，获得LaF3薄膜层在193nm工作波段处的折射率为1.68，消光系数为0.0028，步骤二、采用真空热沉积方法在CaF2基底上交替沉积多层MgF2薄膜层和多层LaF3薄膜层，对步骤一进行光学常数解析后的LaF3薄膜层进行厚度优化，使多层LaF3薄膜层的总厚度小于40nm；最外层的MgF2薄膜层厚度为2.5nm，最终实现对减反射薄膜元件的制备。
【技术特征摘要】
1.193nm P光大角度减反射薄膜元件的制备方法，其特征是，该方法由以下步骤实现步骤一、以CaF2作为镀膜基底，采用真空热沉积方法在基底上沉积MgF2单层膜和LaF3单层膜，对MgF2薄膜层进行光学常数解析，获得MgF2薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 42，消光系数为O. 00048 ;采用一阶非均匀性模型对LaF3薄膜层进行光学常数解析，获得LaF3薄膜层在193nm工作波段处的折射率为I. 68，消光系数为O. 0028，步骤二、采用真空热沉积方法在CaF2基底上交替沉积多层MgF2薄膜层和多层LaF3薄膜层...
【专利技术属性】
技术研发人员：金春水，靳京城，李春，邓文渊，常艳贺，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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