低损耗深紫外多层膜的制备方法技术

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，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，该方法包括以下步骤：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，本发明专利技术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，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于深紫外光学技术应用领域。
技术介绍
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A1203、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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术提出，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。本专利技术的有益效果本专利技术，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，由于本专利技术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。具体实施例方式如图1所示，本专利技术，该制备方法包括以下步骤步骤一、将需要镀膜的光学基底I进行超声波清洗、慢拉脱水、N2烘干；步骤二、按照薄膜设计时的膜系结构，在步骤一完成后的光学基底I上，采用离子辅助电子束蒸发工艺制备氧化物膜层堆2，实现多层膜体系中较为致密和光滑的内侧膜系，有效减少多层膜体系的散射损耗；步骤三、由于离子辅助电子束蒸发工艺中工艺气体的引入，会降低镀膜腔体的本底真空度。热蒸发工艺需要在较高真空度下沉积，所以需要等待腔体真空度再次达到超高真空后，选择合适的制备工艺参数，如基底加热温度，蒸发速率等。应用热蒸发工艺继续在氧化物膜层堆2上制备氟化物膜层堆3，有效减少多层膜体系的吸收损耗。光学基底I采用CaF2材料，氧化物膜层堆2采用Al203、Si02材料，氟化物膜层堆3采用LaF3、MgF2材料。深紫外氟化物薄膜材料不仅局限于LaF3、MgF2，还包括所有可用于深紫外波段的氟化物薄膜材料 A1F3、Na3AlF6, YF3> GdF3 等。本专利技术深紫外多层膜薄膜类型包括所有的薄膜类型，如高反射膜、增透膜、偏振膜等，及不同的入射角度，如O度入射、45度入射等。从工艺的兼容性来看，深紫外氧化物膜层堆2的制备工艺方法优选采用等离子体辅助电子束工艺或离子束辅助电子束蒸发工艺等制备工艺方法，但是也包括采用离子束溅射工艺或磁控溅射工艺等制备工艺方法，且上述工艺制备方法与相应的具体设备型号没有任何关系，即包括相应制备方法的所有不同型号的设备。由于在多数热蒸发的镀膜机都同时具备热阻蒸发、电子束蒸发、离子辅助电子束蒸发及等离子体辅助电子束蒸发等能力。所以采用离子辅助电子束蒸发工艺制备氧化物(Al203/Si02)多层膜，可以同热舟蒸发工艺制备氟化物(LaF3/MgF2)多层膜在一台镀膜机中进行，即在制备氧化物多层膜后立即进行氟化物多层膜的制备。本专利技术的制备方法可以很好地汲取氟化物和氧化物性能上的优势，同比于全氟化物膜系，结构更加致密和表面粗糙度小，利于降低光学系统薄膜的散射损耗；同比于全氧化物膜系，在与激光作用最为紧密的外层材料选定为氟化物，有效降低多层膜系统的吸收损耗。本专利技术中深紫外多层膜系统可以大大减小光学薄膜吸收和散射损耗。此外，外层薄膜材料类型为氟化物也可以提高光学薄膜元件在F2环境中的稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
低损耗深紫外多层膜的制备方法，其特征是，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；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（1）上，采用离子辅助电子束蒸发工艺制备氧化物膜层堆（2）；步骤三、采用热蒸发工艺继续在氧化物膜层堆（2）上制备氟化物膜层堆（3）。

【技术特征摘要】
1.低损耗深紫外多层膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤 步骤一、将需要镀膜的光学基底(I)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(I)上，采用离子辅助电子束蒸发工艺制备氧化物膜层堆(2)； 步骤...

【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：