[发明专利]提高深紫外大口径球面光学元件膜系一致性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外薄膜制备技术领域，具体涉及一种提高深紫外大口径球面光学元件膜系一致性的方法。

背景技术

半导体工业的发展为光刻技术提出了更高的要求，为了提高光刻系统的分辨率，曝光光源的波长不断减小，同时投影物镜的数值孔径(NA)不断增大，曝光光源从436nm、365nm进入到248nm、193nm的深紫外波段，以目前主流的193nmArF准分子激光光刻为例，已经连续突破90nm、65nm和45nm节点，使用二次曝光技术，可以实现32nm的分辨率。为了提高投影物镜的数值孔径(NA)，必须使用较多大口径、大口径/曲率半径的球面和非球面透射元件和少量的反射元件。在高数值孔径系统中，光学元件口径可能达到300mm，口径/曲率半径比值也可能高于1.5，对于透射元件，其表面光线入射角甚至超过60°，为保障光刻系统的性能指标，透射元件表面必须镀制高可靠性及高一致性的减反膜系，同时对光线大角度入射时的偏振分离进行抑制。在深紫外波段，光子能量已大于多数材料的禁带宽度，能够用于镀膜的材料只有少数几种氟化物和氧化物，由于氟化物材料具有更低的消光系数，成为深紫外波段光学薄膜的最好选择。常用的氟化物高折射率材料有LaF₃和GdF₃，低折射率材料有AlF₃和MgF₂。从膜系设计角度，由于折射率的差别较小，LaF₃与GdF₃、AlF₃与MgF₂是可以相互替换的。

热蒸发(包括热舟蒸镀和电子束蒸发)是深紫外波段光学薄膜常用的制备方法，沉积的薄膜相比于溅射和离子辅助等其他方法具有更低的吸收系数，但由于热蒸发方法沉积粒子能量较小，仅为0.1～0.3eV，制备的薄膜填充密度较低。

为实现大口径、大口径/曲率半径球面光学元件表面膜系的一致性，首先要对其膜厚分布进行控制，采用合理的膜厚修正挡板设计能够很容易实现优于98％的膜厚均匀性，同时对于球面光学元件径向方向上随着沉积粒子入射角的增加产生的折射率变化也必须加以控制，尤其对于口径/曲率半径比值大于1.0的球面光学元件，镀膜后其中心位置和元件边缘光学性能可能存在较大差异。Zaczek等人实验发现对于沉积温度300℃制备的100nmLaF₃薄膜，沉积粒子入射角为70°时薄膜的折射率比入射角为0°时低9％(High-PerformanceOpticalCoatingsforVUVLithographyApplication,OSA/OIC,2007)。与固定沉积角下制备薄膜的光学、微观结构变化趋势不同(Microstructure-relatedpropertiesofmagnesiumfluoridefilmsat193nmbyoblique-angledeposition,OpticsExpress,2013)，在具有行星转动系统的镀膜机中，球面光学元件表面不同位置的沉积角是随时间变化的函数，因此表现出的微观及光学特性也可能存在差异。

发明内容

为了解决在采用热蒸发方法为大口径、大口径/曲率半径球面光学元件镀制深紫外减反膜系时，由于元件表面不同位置沉积速率和沉积角不同，导致元件表面各处厚度及填充密度的差异，从而产生的膜系不一致性的技术问题，本发明提出一种提高深紫外大口径球面光学元件膜系一致性的方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的提高深紫外大口径球面光学元件膜系一致性的方法，包括以下步骤：

步骤一、针对镀膜机内部几何参数以及大口径球面光学元件尺寸，理论计算行星转动系统中将该大口径球面光学元件表面薄膜物理厚度均匀性调整至100％时所需的膜厚修正挡板形状；

步骤二、采用步骤一设计的膜厚修正挡板，使用与大口径球面光学元件曲率半径和口径都相同的夹具，夹具沿径向方向上分布若干个圆孔，在每个圆孔处放置测试片，在沉积温度为300～400℃、沉积速率为0.2～0.6nm/s的工艺窗口下，通过热蒸发方法在测试片上分别镀制LaF₃、GdF₃、MgF₂和AlF₃四种单层膜，采用光度法或椭圆偏振法测量单层膜的厚度和光学常数，从而验证膜厚修正挡板的有效性；