專(zhuān)利名稱(chēng)：一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深紫外薄膜光學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，光刻技術(shù)成為微電子領(lǐng)域最活躍的研究課題之一。集成電路的特征尺寸越來(lái)越小，加工精度已經(jīng)進(jìn)入納米量級(jí)，這給光刻技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。激光以?xún)?yōu)良的單色性、準(zhǔn)直性、相干性及可調(diào)諧等特性滿(mǎn)足光刻曝光的要求，進(jìn)而成為理想的光刻光源。曝光光源在光刻系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，為了提高分辨率，不斷縮小曝光波長(zhǎng)是有效的方法之一，相關(guān)方面的研究已經(jīng)從436nm，365nm近紫外波段進(jìn)入248nm, 193nm的深紫外波段。在深紫外波段的研究領(lǐng)域中，無(wú)論是ArF準(zhǔn)分子激光器還是其它相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)，都離不開(kāi)深紫外的鍍膜光學(xué)元件，因此迫切需要研制出在深紫外波段范圍內(nèi)性能優(yōu)異的光
學(xué)薄膜。由于深紫外波段靠近大多數(shù)介質(zhì)材料的禁帶，本征吸收、雜質(zhì)吸收和缺陷吸收等變得更加嚴(yán)重，只有極少量的材料能夠滿(mǎn)足深紫外薄膜的應(yīng)用，這是深紫外光學(xué)薄膜研究所面臨的根本問(wèn)題。薄膜材料的局限性進(jìn)一步帶來(lái)了對(duì)深紫外光學(xué)薄膜制備工藝的制約，針對(duì)氟化物材料，為了避免薄膜出現(xiàn)化學(xué)計(jì)量比失配而導(dǎo)致的吸收，以及薄膜在低溫時(shí)遷移能力弱和膜層不牢固等問(wèn)題，氟化物薄膜只能選擇熱舟蒸發(fā)沉積工藝。采用這種高溫?zé)嶂壅舭l(fā)的沉積工藝，可以得到吸收很小的深紫外薄膜，但同時(shí)也伴隨著薄膜聚集密度低，光學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。隨著應(yīng)用時(shí)間的 增加，疏松的薄膜吸附環(huán)境中的污染物，使得深紫外光學(xué)薄膜的光學(xué)性能明顯退化。為此研究人員嘗試了去除深紫外氟化物薄膜污染的方法，并發(fā)現(xiàn)采用紫外光輻照深紫外薄膜的表面后，可以有效的去除有機(jī)污染物，使薄膜的光學(xué)性能得到改善。但經(jīng)過(guò)紫外光輻照后的薄膜，在空氣等使用環(huán)境中又被重新污染，其光學(xué)性能再次退化。因此，迫切需要在上述紫外光輻照處理技術(shù)之外，尋找其它能有效解決深紫外氟化物薄膜光學(xué)性能退化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)具有較好光學(xué)穩(wěn)定性的深紫外薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的深紫外氟化物光學(xué)薄膜在實(shí)際應(yīng)用中因污染而導(dǎo)致的光學(xué)性能退化問(wèn)題，通過(guò)對(duì)薄膜退化原因的分析，以及考慮到制備工藝的實(shí)際可操作性，本發(fā)明提供一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法，該方法包括以下步驟:步驟1:去除需要鍍膜的襯底表面的吸附物；步驟i1:應(yīng)用先進(jìn)等離子體源對(duì)真空室中的襯底進(jìn)行預(yù)處理，以清理襯底表面的附著物；步驟ii1:根據(jù)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)，在清洗后的襯底上，采用熱舟蒸發(fā)沉積工藝進(jìn)行深紫外氟化物多層膜的制備，實(shí)現(xiàn)深紫外光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)光譜；步驟iv:利用先進(jìn)等離子體源，以異于步驟ii中的預(yù)處理的能量密度對(duì)沉積后的薄膜再次進(jìn)行轟擊處理。上述技術(shù)方案中，所述步驟i中去除需要鍍膜的光學(xué)襯底表面的吸附物的步驟具體包括:超聲清洗、慢拉脫水和氮?dú)獯蹈伞Ｉ鲜黾夹g(shù)方案中，以先進(jìn)等離子體源對(duì)沉積后的薄膜再次進(jìn)行轟擊處理時(shí)，放電電流的調(diào)整范圍為:30-50A ；放電電壓的調(diào)整范圍為:80-120V。上述技術(shù)方案中，所述步驟iii中的深紫外氟化物多層膜包括:LaF3、GdF3、MgF2和AlF3薄膜材料。上述技術(shù)方案中，所述步驟iii中的深紫外氟化物多層膜包括:高反射膜、增透膜和偏振膜。

本發(fā)明具有以下的有益效果:本發(fā)明的使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法與已有的深紫外氟化物薄膜制備和處理方法相比，其突出特點(diǎn)是:首先，在制備完成后對(duì)薄膜進(jìn)行有效的APS源處理，薄膜在整個(gè)處理過(guò)程中沒(méi)有離開(kāi)真空室，有效的避免薄膜采用其它沉積設(shè)備(離子束濺射或磁控濺射)鍍制保護(hù)層(SiO2)時(shí)所產(chǎn)生的污染可能。即使該過(guò)程中將污染的可能性降到最小，還有不同沉積工藝手段之間的應(yīng)力匹配問(wèn)題不能忽略。熱蒸發(fā)制備的氟化物薄膜和濺射方式沉積的氧化物薄膜之間的應(yīng)力有所不同，不同應(yīng)力匹配的薄膜容易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，這樣使氟化物薄膜外層加鍍氧化物薄膜的工藝顯得更加難以實(shí)現(xiàn)；其次，避免了在同一真空室內(nèi)沉積不同類(lèi)型薄膜所產(chǎn)生的污染。制備薄膜的過(guò)程中，不可避免的會(huì)有少量的薄膜材料被分解，如果外保護(hù)層鍍制二氧化硅(SiO2)薄膜的情況下，活躍的氧元素將氧化氟化物薄膜，使薄膜因組分改變而被污染，也因化學(xué)計(jì)量比失配而產(chǎn)生嚴(yán)重的吸收，薄膜的光學(xué)性能受到影響。因此，本發(fā)明的處理方法可以很好地解決上述兩種情況的不足，在確保光學(xué)性能的前提下有效的改善了薄膜的光學(xué)穩(wěn)定性。


圖1 一種光學(xué)穩(wěn)定性的深紫外薄膜處理工藝原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明思想為:本發(fā)明涉及通過(guò)在深紫外氟化物薄膜沉積后，通過(guò)優(yōu)化先進(jìn)等離子體源(Advanced Plasma Source, APS)參數(shù)，其中放電電流的調(diào)整范圍為30-50A，放電電壓的調(diào)整范圍為:80-120V，對(duì)沉積后的薄膜進(jìn)行轟擊處理，從而改善薄膜的填充密度，使深紫外氟化物薄膜具有良好的光學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明的基本原理主要是基于以下幾點(diǎn):首先，先進(jìn)的等離子源APS是德國(guó)Leylold公司所生產(chǎn)，它可以產(chǎn)生很高的離化率。離子源放電室的工作氣體采用Ar氣，電離后的Ar離子轟擊基底上的薄膜，將離子攜帶的動(dòng)能傳遞給淀積原子或分子，可望淀積原子或分子的遷移率提高，進(jìn)而使薄膜柱體結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)受到抑制，薄膜聚集密度增加。APS源轟擊除了增加淀積分子的遷移率外，還存在著“轟平薄膜”的機(jī)械過(guò)程，兩種機(jī)理的共同作用使膜層的聚集密度增加，膜層更加牢固，如圖1所示。其次，通過(guò)選用合適的APS源參數(shù)，可以得到比較合理的能量密度值，在控制好轟擊的時(shí)間，則可以產(chǎn)生理想的效果。這種致密而牢固的薄膜對(duì)污染物的吸附能力將大大減弱，同時(shí)還不影響薄膜的光學(xué)性能，有利于提高深紫外氟化物薄膜的光學(xué)穩(wěn)定性。由上面的基本原理可以看到:首先，本發(fā)明對(duì)于采用熱舟蒸發(fā)方式制備的深紫外氟化物特別適合。這是因?yàn)樵摴に嚨奶攸c(diǎn)是制備的氟化物薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較疏松，容易受到污染，光學(xué)穩(wěn)定性較差。其次，本發(fā)明不限制何種用于深紫外薄膜材料制備的氟化物薄膜，特別適用于LaF3> GdF3> MgF2 和 AlF3 等薄膜材料。第三，本發(fā)明所述的深紫外氟化物薄膜類(lèi)型包括所有的薄膜類(lèi)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。第四，從工藝的兼容性來(lái)看，處理過(guò)程主要依靠離子源的參數(shù)調(diào)整，只要具備相應(yīng)的APS源，與薄膜沉積設(shè)備型號(hào)沒(méi)有任何關(guān)系。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1本實(shí)例針對(duì)采用熱舟蒸發(fā)制備·的多層氟化物高反射薄膜進(jìn)行處理。鍍膜光學(xué)基底主要采用在深紫外波段吸收較小的CaF2和熔融石英兩種材料，兩種光學(xué)材料均需要進(jìn)行精密光學(xué)表面加工以減小基底的表面粗糙度，考慮到多層氟化物薄膜的應(yīng)力匹配，這里選用CaF2作為鍍膜基底。光學(xué)鍍膜基底的清洗采用發(fā)明的基底處理裝置，包括進(jìn)行多次超聲清洗、慢拉脫水和氮?dú)獯蹈傻冗^(guò)程，將基底表面的吸附物徹底去除，根據(jù)實(shí)際需要，清洗干燥后還可以采用紫外光輻照光學(xué)基底表面，來(lái)進(jìn)一步清除基底表面的污染物。制備工藝前，采用低能量APS源對(duì)真空室中的襯底進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)襯底表面的附著物進(jìn)行清理，以及將襯底表面活化，有利于薄膜與襯底之間附著力的增強(qiáng)。制備的氟化物多層膜為O度入射的高反射薄膜，中心波長(zhǎng)為193nm，采用LaF3作為高折射率材料，MgF2作為低折射率材料，每層的光學(xué)厚度均為四分之一中心波長(zhǎng)，膜層總數(shù)為46層，中心波長(zhǎng)的設(shè)計(jì)反射率大于98%。氟化物多層膜采用熱舟蒸發(fā)工藝制備，真空室的初始真空度小于2 X 10_4Pa，沉積溫度為300度，LaF3和MgF2的沉積速率均控制在0.2nm/s,每層薄膜的厚度采用石英晶振進(jìn)行控制，薄膜制備過(guò)程中APS源處于關(guān)閉狀態(tài)。多層高反射薄膜沉積后，開(kāi)啟APS源，選擇放電電流為30A，放電電壓為80V，這樣的參數(shù)調(diào)整后對(duì)沉積的薄膜進(jìn)行轟擊處理，然后對(duì)處理后的薄膜樣品進(jìn)行光譜反射率和光學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在這組APS源參數(shù)條件下，光譜反射率測(cè)試結(jié)果比較理想，但薄膜的光學(xué)穩(wěn)定性沒(méi)有較大的改善。實(shí)施例2本實(shí)例繼續(xù)針對(duì)熱舟蒸發(fā)制備的多層氟化物高反射薄膜進(jìn)行處理。與實(shí)施例1不同的是，APS源參數(shù)有所改變，選擇放電電流為40A，放電電壓為100V，使用調(diào)整后的參數(shù)對(duì)沉積的薄膜進(jìn)行轟擊處理，對(duì)處理后的薄膜樣品進(jìn)行光譜反射率和光學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在這組APS源參數(shù)條件下，薄膜的光譜反射率測(cè)試結(jié)果沒(méi)有受到影響，且光學(xué)穩(wěn)定性有了較大的改善。實(shí)施例3本實(shí)例再次針對(duì)熱舟蒸發(fā)制備的多層氟化物高反射薄膜進(jìn)行處理。與實(shí)施例1、2不同的是，APS源參數(shù)再次改變，選擇放電電流為50A，放電電壓為120V，使用調(diào)整后的參數(shù)對(duì)沉積的薄膜進(jìn)行轟擊處理，對(duì)處理后的薄膜樣品進(jìn)行光譜反射率和光學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在這組APS源參數(shù)條件下，薄膜光譜測(cè)試結(jié)果相比于實(shí)施例1、2的反射率有所下降，而光學(xué)穩(wěn)定性與實(shí)施例2相比沒(méi)有太大的變化，已經(jīng)趨于飽和狀態(tài)。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā) 明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:去除需要鍍膜的襯底表面的吸附物； 步驟i1:應(yīng)用先進(jìn)等離子體源對(duì)真空室中的襯底進(jìn)行預(yù)處理，以清理襯底表面的附著物； 步驟ii1:根據(jù)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)，在清洗后的襯底上，采用熱舟蒸發(fā)沉積工藝進(jìn)行深紫外氟化物多層膜的制備，實(shí)現(xiàn)深紫外光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)光譜； 步驟iV:利用先進(jìn)等離子體源，以異于步驟ii中的預(yù)處理的能量密度對(duì)沉積后的薄膜再次進(jìn)行轟擊處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述步驟i中去除需要鍍膜的光學(xué)襯底表面的吸附物的步驟具體包括:超聲清洗、慢拉脫水和氮?dú)獯蹈伞?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述步驟iv中，以先進(jìn)等離子體源對(duì)沉積后的薄膜再次進(jìn)行轟擊處理時(shí)， 放電電流的調(diào)整范圍為:30-50A ； 放電電壓的調(diào)整范圍為:80-120V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)中所述的處理方法，其特征在于，所述步驟iii中的深紫外氟化物多層膜包括:LaF3、GdF3> MgF2和AlF3薄膜材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)中所述的處理方法，其特征在于，所述步驟iii中的深紫外氟化物多層膜包括:高反射膜、增透膜和偏振膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使深紫外光學(xué)薄膜具有光學(xué)穩(wěn)定性的處理方法，該方法包括以下步驟去除需要鍍膜的襯底表面的吸附物；應(yīng)用先進(jìn)等離子體源對(duì)真空室中的襯底進(jìn)行預(yù)處理，以清理襯底表面的附著物；根據(jù)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)，在清洗后的襯底上，采用熱舟蒸發(fā)沉積工藝進(jìn)行深紫外氟化物多層膜的制備，實(shí)現(xiàn)深紫外光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)光譜；利用先進(jìn)等離子體源，以異于預(yù)處理的能量密度對(duì)沉積后的薄膜再次進(jìn)行轟擊處理。本發(fā)明的處理方法可以很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在確保光學(xué)性能的前提下有效的改善了薄膜的光學(xué)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G02B1/12GK103235353SQ20131013486
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者金春水, 常艷賀, 李春, 鄧文淵, 靳京城 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所