环境稳定性深紫外光学薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环境稳定性深紫外光学薄膜及其制备方法，所述光学薄膜包括镀膜光学基底、氟化物膜层和SiO2或Al2O3膜层；SiO2或Al2O3膜层光学厚度2π/λ0×ndcosθ为λ0/4的偶数倍，λ0为中心波长，n为膜层折射率，d为膜层物理厚度，θ为入射角度。所述制备方法包括步骤：将镀膜光学基底进行清洗、干燥；在清洗干燥后的镀膜光学基底上制备氟化物膜层；在氟化物膜层上面制备一层光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍的SiO2膜层或Al2O3膜层。本发明专利技术可以大大减小光学薄膜对有机污染物和水汽的吸附，对于应用波长范围而言，光学薄膜的原有光谱性能不变或轻微变化，稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于深紫外光学技术应用领域，涉及一种具有环境稳定性的深紫外光学薄膜及其制备方法。
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、激光打标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。深紫外光学薄膜研究面临的根本问题是由于深紫外波段靠近大多数介质材料的禁带，本征吸收、杂质吸收、缺陷吸收等的存在使得只有极其少量的介质材料能够满足深紫外薄膜应用的需要。这些少量材料包括氧化物A1203、SiO2,氟化物MgF2、LaF3、AlF3等。薄膜材料选择的局限性进一步带来了对深紫外光学薄膜制备工艺的制约，例如针对氟化物，为了避免深紫外光学薄膜出现化学计量比失配而导致严重吸收，以及CaF2衬底在高温时存在的应力大等问题，通常只能选择热舟蒸发制备工艺，且衬底的温度较低，尤其是对于氟化物薄膜和CaF2衬底镀膜，低衬底温度热舟蒸发几乎是薄膜制备工艺的唯一选择。采用这种较低衬底温度的热舟蒸发制备工艺，可以得到吸收很小的深紫外光学薄膜，但同时也伴随光学薄膜内在结构不够致密、光学薄膜表面较粗糙。因此，这种采用较低衬底温度热舟蒸发工艺所制备的深紫外光学薄膜可以在应用的开始阶段很好地满足应用需要，但是随着应用时间的增加，由于光学薄膜内在结构不够致密和光学薄膜表面较粗糙所必然带来的吸附应用环境中的污染物质，使得深紫外光学薄膜的性能将很快退化。研究表明，这种深紫外光学薄膜性能退化，集中表现为深紫外光学薄膜内部及表面吸附有机污染物和水汽，进而导致深紫外光学薄膜的吸收显著增大。 为此，研究人员尝试了去除深紫外氟化物光学薄膜内部及表面吸附的有机污染物和水汽的有效方法，并发现采用UV光辐照深紫外光学薄膜是一种行之有效的方法。这种方法是基于紫外光对有机化合物的光敏氧化作用。虽然UV光辐照可以有效地去除光学薄膜表面吸附的有机污染物，然而在实际研究中也发现，经过UV光辐照后的深紫外光学薄膜，在空气等使用环境中会快速被有机污染物等重新吸附，其光学性能重新快速衰退到UV光辐照之前。因此，迫切需要在上述UV光辐照处理技术方法之外，寻找其它能有效解决深紫外氟化物光学薄膜存在的有机物吸附导致薄膜性能退化问题的方法，实现具有环境稳定性的深紫外光学薄膜。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种可以降低光学薄膜对有机污染物和水汽的吸附，且光学薄膜在应用波长范围的原有光谱性能不变或轻微变化的环境稳定性深紫外光学薄膜。为了解决上述技术问题，本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜包括镀膜光学基底、制备于镀膜光学基底上的氟化物膜层和制备于氟化物膜层上的氧化物膜层；所述氧化物膜层为SiO2或Al2O3膜层，其聚集密度大于O. 95，表面粗糙度小于O. 2nm，光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍。氧化物膜层优选SiO2膜层。无论氟化物膜层为高反射膜、增透膜或偏振膜，SiO2膜层的光学厚度2π/λ ClXndcos Θ均为λ 0/4的偶数倍。其中，η为SiO2膜层的折射率，λ ^为氟化物膜层的中 心波长，d为SiO2膜层物理厚度，Θ为氟化物膜层的入射角度；对于氟化物膜层为偏振膜时，η应该修正为相应偏振态的折射率。本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜由于是在氟化物膜层上制备有具有致密结构和低表面粗糙度的氧化物膜层，可以大大减小光学薄膜对有机污染物和水汽的吸附；并且氧化物膜层的光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍，对于应用波长范围而言，光学薄膜的原有光谱性能不变或轻微变化。因此，本专利技术可以很好地解决深紫外氟化物薄膜制备，尤其是需要采用低衬底温度或热舟蒸发制备工艺时所导致的深紫外氟化物薄膜在使用环境中吸附有机污染物和水汽，出现的光学性能退化和不稳定性的问题，满足低温制备氟化物深紫外光学薄膜元件的需要。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种环境稳定性深紫外光学薄膜的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜的制备方法包括下述步骤一、将镀膜光学基底进行清洗、干燥；二、在清洗干燥后的镀膜光学基底上制备氟化物膜层；三、在氟化物膜层上面制备一层聚集密度大于O. 95，表面粗糙度小于O. 2nm，且光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍HSiO2膜层或Al2O3膜层。所述镀膜光学基底材料为CaF2。MgF2、LaF3> A1F3、Na3AlF6 或 GdF3。所述氟化物镀膜材料为MgF2、LaF3> A1F3、Na3AlF6或GdF3,氟化物膜层采用热舟蒸发工艺制备。所述SiO2膜层或Al2O3膜层采用离子束辅助电子束蒸发工艺、等离子体辅助电子束蒸发工艺、离子束溅射工艺或磁控溅射工艺制备。本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜的制备方法与目前已有的制备方法相比，其突出特点是，通过在已有的深紫外氟化物薄膜基础上，灵活采用离子束辅助电子束蒸发工艺或等离子体辅助电子束蒸发工艺或离子束溅射工艺或磁控溅射工艺等不同的制备工艺，增加镀制一层光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍、且具有致密结构和低表面粗糙度的氧化物SiO2膜层或Al2O3膜层。由于氧化物薄膜的光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍，对于应用波长而言，光学薄膜的原有光谱性能不会发生变化；由于表面薄膜材料类型由氟化物变成氧化物，同时SiO2膜层或Al2O3膜层具有致密结构和低表面粗糙度，可以大大减小光学薄膜对有机污染物和水汽的吸附；因此，本专利技术的制备方法可以很好地解决深紫外氟化物薄膜制备，尤其是需要采用低衬底温度的热舟蒸发制备工艺时所导致的深紫外氟化物薄膜在使用环境中吸附有机污染物和水汽，出现光学性能退化、环境不稳定性的问题，制备出环境稳定性的深紫外光学薄膜，满足低温制备氟化物深紫外光学薄膜元件的需要。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图I为本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜结构示意图。图2为本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜的制备工艺流程示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术的环境稳定性深紫外光学薄膜包括镀膜光学基底10、制备于镀膜光学基底上的氟化物膜层20和制备于氟化物膜层上的氧化物膜层30。所述氧化物膜层30的光学厚度2 / A0Xndcos 0为X。/4的偶数倍，其中，入Q为氟化物膜层的中心波长，n为氧化物膜层的折射率，d为氧化物膜层的物理厚度，0为氟化物膜层的入射角度。本专利技术通过在深紫外氟化物多层膜上面，增加镀制一层合适的氧化物SiO2或Al2O3保护层，从而降低深紫外氟化物光学薄膜对有机污染物和水汽的吸附，提高深紫外氟化物光学薄膜的环境稳定性。本专利技术的基本原理主要是基于以下几点通过选用合适的制备方法和工艺参数，可以得到具有致密内部结构和较低表面粗糙度的氧化物薄膜，这种致密的薄膜内部结构和较低的薄膜表面粗糙度，其本身对有机污染物和水汽的吸附能力将大大减弱，同时还可以隔离其下面的氟化物薄膜对有机污染物和水汽的吸附；表面薄膜材料的类型由氟化物变成氧化物，由于氧化物SiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境稳定性深紫外光学薄膜，包括镀膜光学基底、制备于镀膜光学基底上的氟化物膜层；其特征在于还包括制备于氟化物膜层上的氧化物膜层；所述氧化物膜层为SiO2或Al2O3膜层,其聚集密度大于O. 95,表面粗糙度小于O. 2nm,光学厚度为四分之一中心波长的偶数倍。2.根据权利要求I所述的环境稳定性深紫外光学薄膜，其特征在于所述镀膜光学基底材料为CaF2或熔石英。3.根据权利要求I所述的环境稳定性深紫外光学薄膜，其特征在于氟化物镀膜材料为MgF2' LaF3> AlF3' Na3AlF6 或 GdF304.一种如权利要求I所述的环境稳定性深紫外光学薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文渊，金春水，常艳贺，靳京城，
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：