[發明專利]一種提高熱蒸發制備AlF3薄膜的深紫外以及真空紫外波段時效性的方法

在審

• 申請號: 201510029391.4
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104593723A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 柳存定;李斌成;孔明東;郭春
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/26;G02B1/10
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及光學薄膜制備技術領域，特別是一種提高熱蒸發制備AlF₃薄膜的深紫外以及真空紫外波段時效性的方法。

背景技術

高分辨率光刻技術以及顯微技術的發展推動光學系統進入到深紫外或真空紫外工作波段，如半導體集成電路產業中以193nm波長激光光源作為實現65nm和45nm分辨率的主要技術手段；一些特殊顯微鏡的工作波長也下降至深紫外以及真空紫外波段。在這些光學系統中，為了實現特定的光學性能，需要制備具有光譜濾光、透射率漸變等復雜薄膜系統，薄膜系統的性能成為限制光學系統性能的重要因素。薄膜性能在大氣環境中的退化是表征薄膜性能的一個重要指標，性能退化包括薄膜吸收的增大，光譜漂移以及光譜曲線變化等方面。

在深紫外以及真空紫外波段氧化物薄膜吸收很大，無法用于復雜膜系的制備。目前深紫外以及真空紫外薄膜主要利用電子槍或者電阻加熱蒸發金屬氟化物材料制備，采用MgF₂，AlF₃等材料作為低折射率材料，利用LaF₃，GdF₃作為高折射率材料。對于MgF₂，LaF₃以及GdF₃，沉積制備的薄膜多晶態，呈柱狀結構生長，這種結構的薄膜粗糙度相對較大，存在嚴重的折射率非均勻性，在深紫外薄膜中會引起嚴重的散射，特別是當膜層較多并且薄膜厚度較大時。而熱蒸發制備的AlF₃薄膜具有無定形結構，薄膜的平整度較高，同時具有相對MgF₂更小的折射率，因此在制備復雜多層膜系時具有較大的優勢，可以有效降低薄膜的光學散射損耗。

氟化物在大氣中存放時，大氣中的水蒸氣或者碳氫化合物會吸附在薄膜表面，或者通過薄膜結構中的孔隙進入到薄膜內部，引起薄膜光譜性能的退化。其中碳氫化合物在薄膜上的吸附通常為物理吸附，可以通過紫外輻照技術解決。水分子在薄膜表面和內部的物理吸附會改變薄膜的折射率，并且由于存在可能的化學反應，引起的薄膜材料成分的變化會明顯降低薄膜的透射率，引起吸收的增大。盡管利用AlF₃薄膜制備的深紫外以及真空紫外多層膜平整度較高，相對散射較小，遺憾的是AlF₃材料的穩定性較差，如在300℃左右AlF₃材料會和水蒸氣發生如下化學反應：AlF₃+H₂O→Al₂O₃+F₂。AlF₃薄膜在大氣環境中存放時，即使在室溫條件下也會緩慢發生不可逆的化學反應，導致薄膜的性能變差；當環境溫度升高，濕度增大時，化學反應加快。與AlF₃相比，MgF₂薄膜的環境穩定性較好，在大氣環境中不會發生明顯的化學變化。

為了改善AlF₃薄膜的時效性，目前采用的方法有以下幾種，一是將熱蒸發沉積的氟化物薄膜防止在氟氣環境中后處理，在這個過程中改善薄膜的結構和化學配比，提高薄膜的光譜性能(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))；另一種是采用能量沉積方法，如采用離子束輔助沉積技術、磁控濺射沉積技術等方法，提高薄膜的致密度，同時利用ClF₄，NF₃等氣體輔助沉積，提高薄膜的化學配比(B.Liao,M.Liu,and?C.Lee,Process?for?deposition?of?AlF₃films,Applied?Optics,13,C41,(2008))。這些方法使用特殊儀器，并采用毒性強，對環境危害很大的過程氣體制備薄膜，并不適合大多數鍍膜機的需要，特別是熱蒸發鍍膜機的需要。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服熱蒸發制備的AlF₃薄膜在大氣環境中存放時光學性能退化的問題，提出了一種利用MgF₂薄膜保護方法控制熱蒸發方法制備AlF₃薄膜退化的方法，實現了基于AlF₃薄膜的深紫外以及真空紫外多層膜的制備。