一种低应力深紫外多层膜的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种低应力深紫外多层膜的制备方法，采用离子束溅射制备氟化物薄膜，通过工艺优化选择合适的镀膜窗口，使沉积的高低折射率材料分别具有压应力和张应力，同时具有较低的光学损耗。采用这两种材料制备深紫外多层膜时，可以相互抵消大部分应力，使得多层膜的残余应力较低。该方法包括以下步骤：将融石英基底进行超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干；使用离子源对基底进行预处理，去除表面吸附物；离子源清洁完成后，根据设计的膜层结构，采用离子束溅射方法制备深紫外多层膜。本发明有效克服了热蒸发方法制备的氟化物内部填充密度低及残余应力较大的缺点，保证多层膜具有较低应力的同时，又有良好的深紫外光学应用前景。
【专利说明】一种低应力深紫外多层膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于深紫外光学技术应用领域，具体涉及一种低应力深紫外多层膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体工业的发展，大规模集成电路的特征尺寸越来越小，光刻技术作为制备半导体器件的关键技术，面临着新的挑战。为了提高光刻系统的分辨率，曝光光源的波长不断减小，从436nm, 355nm的近紫外进入到248nm, 193nm的深紫外波段。以193nm ArF准分子激光光刻为例，已经突破90nm,65nm和45nm节点,成为目前主流的曝光技术。
[0003]在深紫外波段的应用领域中，包括ArF准分子激光器以及其他相关的深紫外光学系统都离不开深紫外镀膜光学元件，而在深紫外波段，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，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。
[0004]氟化物薄膜可使用多种沉积方法制备，不同方法制备的氟化物薄膜都会有残余应力的存在。薄膜中的应力可以分为本征应力和热应力，热应力是由于薄膜与基底热膨胀系数不同，以及成膜时基底温度与环境温度的差异而造成的；本征应力与薄膜的结构及内部缺陷等因素有关。热蒸发方法制备的氟化物薄膜，由于沉积温度一般为300°C甚至更高，因此薄膜中会有较大的残余热应力，使得氟化物薄膜总残余应力表现为张应力，膜层越厚，累积的应力也会越大。由于生长的高温和薄膜内部残余应力的影响，采用热蒸发方法为亚纳米面形精度的元件镀膜时，有可能会破坏元件面形。离子束溅射作为一种常温制备薄膜方法，能有效克服元件面形被破坏的风险，具有良好的应用潜力。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有热蒸发方法制备的氟化物薄膜需要加热至300°C甚至更高的温度，使得制备的氟化物薄膜通常具有张应力，尤其在薄膜较厚时，累计的张应力较大，高温和应力有可能导致元件的面形发生改变的技术问题，提供一种低应力深紫外多层膜的制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0007]—种低应力深紫外多层膜的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)对基底进行预处理；
[0009](2)选取AlF3和GdF3作为镀膜材料；
[0010](3)使用Essential Macleod软件设计膜层结构，根据设计好的膜层结构采用离子束溅射方法制备得到低应力深紫外多层膜；
[0011]制备AlF3薄膜的工艺窗口为:离子束束压600?700V，束流175?225mA ；
[0012]制备GdF3薄膜的工艺窗口为:离子束束压700?900V，束流175?225mA。
[0013]在上述技术方案中，步骤(I)具体为:
[0014]使用融石英作为基底，采用超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干清洁基底，基底放入镀膜机中后，使用离子源对真空室内的基底进行处理，去除表面吸附物。
[0015]在上述技术方案中，制备AlF3薄膜和制备GdF3薄膜的反应气体为NF3,溅射气体为Xe。
[0016]在上述技术方案中，制备得到的低应力深紫外多层膜残余应力小于lOOMPa。
[0017]在上述技术方案中，制备得到的低应力深紫外多层膜为增透膜、高反膜或偏振模类型。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]本发明与现有技术相比具有以下优点:首先，本发明制备的AlF3单层薄膜具有张应力，GdF3单层薄膜具有压应力，两薄膜总厚度为400nm时，其应力数值均小于lOOMPa，将这两种薄膜进行组合，可以相互抵消大部分应力，采用这两种材料设计的膜层结构，均能够实现膜层具有较低的应力。其次，由于离子束溅射沉积粒子能量较大，有效克服了热蒸发方法制备的氟化物内部填充密度低的缺点。本发明制备的低应力深紫外多层膜具有较低的光学损耗，保证多层膜具有较低应力的同时，又有良好的深紫外光学应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0021]图1为本发明制备的高反膜结构示意图。
[0022]图2为本发明制备的高反膜的透射和反射光谱曲线。
[0023]图3为本发明制备的增透膜结构示意图。
[0024]图4为本发明制备的增透膜的透射和反射光谱曲线。
[0025]其中，H为高折射率材料GdF3, L为低折射率材料AlF3, η为20。
【具体实施方式】
[0026]本发明的发明思想为:热蒸发方法制备的氟化物薄膜需要加热至300°C甚至更高的温度，该温度下制备的氟化物通常具有较大的张应力。离子束溅射方法在室温下沉积氟化物薄膜，通过寻找合适的氟化物材料和工艺条件，使得制备的高低折射率氟化物薄膜具有不同的应力状态。当使用这两种材料制备多层膜时，应力可以相互抵消，使多层膜残余应力保持在较低的数值，同时薄膜吸收必须足够小，以满足深紫外光学薄膜的应用需求。
[0027]本发明采用离子束溅射方法制备氟化物薄膜时，由于薄膜沉积温度为室温，可有效避免破坏元件面形，同时沉积粒子的能量较大，制备的薄膜填充密度高，表面粗糙度低，薄膜的环境温度性良好，因此采用离子束溅射方法能够制备光学性能优异的深紫外薄膜。
[0028]薄膜的光谱测试采用PE Lambda 1050型紫外可见光分光光度计，应力测量采用FSM 500TC薄膜应力仪。
[0029]下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0030]实施例1
[0031]本实施例制备深紫外高反膜，具体步骤如下:
[0032](I)将需要镀膜的融石英基底进行超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干；
[0033](2)将基底放入离子束溅射镀膜机中，待真空度低于I X 10_4Pa时，使用离子源对基底进行清洁5分钟，去除表面吸附物；
[0034](3)用离子源清洁完成后，待真空度低于lX10_5Pa时，开启离子源，功率为600W，离子源预热10分钟后，对镀膜材料进行预溅射，去除表面可能的污染物；
[0035](4)根据设计好的膜层结构(参见图1)，制备深紫外多层膜为O度入射的高反射薄膜，中心波长为193nm，高反膜膜层结构为基底/(HL)nH/空气，其中H为高折射率材料GdF3, L为低折射率材料AlF3，膜层总数为41层，每层光学厚度为中心波长的四分之一，膜层总厚度为1.28 μ m，两种薄膜的沉积速率均为0.4nm/s, Xe为溅射气体，流量为20sCCm ；
[0036](5)制备GdF3薄膜时，离子束束压为700V，离子束束流为225mA，NF3流量为1sccm ;制备AlF3薄膜时,离子束束压为600V,离子束束流为175mA, NF3流量为12sccm。
[0037](6)镀膜完成后，取出样品对其进行光谱测试(参见图2)和应力测试，结果表明，本实施例制备的高反膜在193nm处反射率为98.5%，透过率为0.5%，残余应力小于lOOMPa。
[0038]实施例2:
[0039]本实施例制备深紫外增透膜，具体步骤如下:
[0040](I)将需要镀膜的双抛融石英基底进行超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干；
[0041](2)将基底放入离子束溅射镀膜机中，待真空度低于I X KT4Pa时，使用离子源对基底进行清洁5分钟，去除表面吸附物；
[0042](3)用离子源清洁完成后，待真空度低于lX10_5Pa时，开启离子源，功率为600W，离子源预热10分钟后，对镀膜材料进行预溅射，去除表面可能的污染物；
[0043](4)根据设计的膜层结构(参见图3)，制备深紫外增透膜，中心波长为193nm，增透膜膜层结构为基底/LHL/空气，其中H为高折射率材料GdF3, L为低折射率材料AlF3,膜层总厚度为72.4nm，两种薄膜的沉积速率均为0.2nm/s。Xe为溅射气体，流量为20sCCm ；
[0044](5)制备GdF3薄膜时，离子束束压为900V，离子束束流为175mA，NF3流量为1sccm ;制备AlF3薄膜时,离子束束压为700V,离子束束流为225mA, NF3流量为12sccm。
[0045](6)镀膜完成后，取出一个单面镀膜样品进行应力测试，其余样品翻面后放入镀膜机中，重复步骤2?5，为另一面镀制增透膜。实验完成后对双面镀膜样品进行光谱测试(参见图4)。本实施例制备的增透膜在193nm处透过率为99.4%，单面镀膜样品残余应力小于lOOMPa。
[0046]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种低应力深紫外多层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对基底进行预处理； (2)选取AlF3和GdF3作为镀膜材料； (3)使用EssentialMacleod软件设计膜层结构，根据设计好的膜层结构采用离子束溅射方法制备得到低应力深紫外多层膜； 制备AlF3薄膜的工艺窗口为:离子束束压600?700V，束流175?225mA ； 制备GdF3薄膜的工艺窗口为:离子束束压700?900V，束流175?225mA。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)具体为: 使用融石英作为基底，采用超声波清洗，慢提拉脱水，加热烘干清洁基底，基底放入镀膜机中后，使用离子源对真空室内的基底进行处理，去除表面吸附物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备AlF3薄膜和制备GdF3薄膜的反应气体为NF3，溅射气体为Xe。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的低应力深紫外多层膜残余应力小于10MPa。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的低应力深紫外多层膜为增透膜、高反膜或偏振模类型。
【文档编号】G02B1/10GK104297819SQ201410508395
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】才玺坤, 梅林 , 时光, 武潇野, 张立超, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所