193nm 光刻機是目前半導體產業的核心裝備(顯微鏡蒲柘)。為實現大的數值孔徑，光刻機鏡頭通常包含大量接近于半球形狀的凸球面和凹球面，這些球面導致同一鏡面上光線入射角度范圍高達0°到60°以上。目前通用的熱蒸發行星鍍膜技術會引起球面上嚴重的膜厚不均勻；同時在球面上的不同位置，高低折射率材料如LaF3 和MgF2 的折射率也發生明顯改變，從而導致球面鏡片上不同位置的寬入射角度范圍的增透膜的光譜明顯不一致。
繼2012年解決大口徑球面鏡片上的膜厚不均勻問題后(顯微鏡蒲柘)，光電所鍍膜團隊成員、青年創新促進會會員柳存定致力于分析球面鏡片上薄膜性質和和位置的關系。通過掃描電鏡分析球面鏡片上不同位置的薄膜結構，發現隨著位置從中心到邊沿，呈柱狀生長的單層氟化物薄膜傾斜角度逐漸增大；通過計算機模擬，確認矢量生長模型可以較好的符合光刻機鍍膜過程。研究結果顯示薄膜微結構如柱狀結構的傾角增大導致了折射率非均勻性從鏡片中心到邊沿逐漸增大。相關結果發表在薄膜領域期刊Thin solid films上[612，296-302（2016）]。
193nm 增透膜的剩余反射率和波長曲線，內框為角分辨反射曲線(顯微鏡蒲柘)。（a）利用傳統的方法設計的關系曲線（黑色線）以及實驗測量結果（紅色點）；綠色線為利用新模型反向推演的結果。（b）利用新模型設計的光譜曲線和對應的實驗結果。
基于球面鏡片上單層膜的結構和光學性質(顯微鏡蒲柘)，研究人員獲得了提高球面鏡片上光譜均勻性的方法。研究發現，氟化物多層膜的光譜特征受膜厚儀控制參數、氟化物界面粗糙度以及氟化物的折射率非均勻性影響，其中膜厚控制儀參數導致每層薄膜厚度的實際值偏離理論設計，其影響可以通過測量一組不同監控厚度的單層膜的光譜對應的實際厚度分析。界面粗糙度和折射率非均勻性導致膜系偏離傳統的多層膜模型，是球面鏡片上不同位置的光譜不均勻的主要起因。研究人員通過考慮界面粗糙度和折射率非均勻性，提出了更準確的模型描述多層氟化物薄膜，其中界面粗糙度通過原子力顯微鏡測量一組膜層數目逐漸增加的樣品的表面粗糙度獲得。界面粗糙度和折射率非均勻性不但影響薄膜厚度，并且導致相同材料的不同膜層之間的折射率發生變化。研究結果顯示多層氟化物薄膜的界面粗糙度和折射率非均勻性可以通過反向推演增透膜的光譜特征獲得。該方法可以明顯提高球面鏡片上寬入射角度范圍的增透膜理論設計的準確性和可靠性（如圖），并準確地提高大口徑球面鏡片上增透膜的光譜均勻性，在193nm大數值孔徑光刻機如浸沒式光刻機的鍍膜等領域有重要的指導價值。相關實驗結果發表在光學領域期刊Optics Express 上[26，19524 （2018）]。
（文章轉自中科院光電研究所）
