一种光学薄膜及其制备方法技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种光学薄膜及其制备方法。
背景技术
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。
在深紫外波段光刻物镜中，光学系统中元件尺寸通常都较大，并且表面比较弯曲，
对镀膜工艺提出了新的要求。在深紫外波段，绝大多数镀膜材料有着强烈的吸收，可以使用
的镀膜材料少之又少，仅有屈指可数的几种氟化物和氧化物。因此，基于这种限制，很难获
得特定折射率的镀膜材料。同时，在镀膜元件比较大、表面比较弯曲时，由于元件尺寸和镀
膜膜料蒸发入射角的原因，可用的这些镀膜材料一般会呈现较严重的折射率不均匀性，导
致元件各处的光学性能出现差异，带来成像质量的下降，严重影响光学薄膜的性能，制约着
光刻物镜的制造。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中深紫外波段大口径曲面元件，镀制的薄膜通常存在折
射率的不均匀性，导致元件各处的光学性能出现差异，带来成像质量的下降等问题，提供一
种折射率均匀，薄膜的性能好，能提高光刻物镜的性能的光学薄膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种光学薄膜的制备方法，包括选用含两种材料的混合材料与第三
材料设计膜系，进行镀膜工艺；其中，混合材料的折射率大于第三材料。
一些实施例中，所述混合材料含第一材料和第二材料，所述第一材料的折射率大
于第二材料；所述第一材料的含量大于第二材料。
一些实施例中，以所述混合材料的重量百分含量为基准，所述第一材料的含量为
50％-90％。
一些实施例中，第二材料与第三材料的材料相同。
一些实施例中，第一材料、第二材料及第三材料根据制得的光学薄膜工作波段进
行材料选材；所述第一材料和第二材料在制得的光学薄膜工作波段吸收小。
一些实施例中，制得的光学薄膜工作波段为深紫外波段。
一些实施例中，所述第一材料为氟化镧或氟化钆；所述第二材料和第三材料各自
独立的为氟化镁或氟化铝。
一些实施例中，设计膜系为采用混合材料和第三材料的折射率设计膜系。
一些实施例中，混合材料的折射率通过步骤：S1、根据混合材料中的两种材料的分
子数之比推算出混合材料的折射率粗略值；S2，对混合材料进行工艺实验，并根据粗略值对
工艺实验的结果进行拟合，得到混合材料的折射率准确值。
本发明同时还提供了上述制备方法制备的光学薄膜。
本发明的有益效果在于：
本发明的发明人经过长期的研究发现，在镀膜工艺中必须使用的两种不同折射率
的镀膜材料中，产生较大折射率不均匀性的原因是高折射率材料，而选用混合材料代替高
折射率材料，通过对混合材料进行单层膜工艺实验；通过混合的比例估计出混合材料的折
射率粗略值，然后利用该值针对工艺实验的结果进行拟合，得到混合材料折射率的准确值，
得到这些参数以后，再采用混合材料与低折射率材料设计膜系，进行镀膜工艺，有效解决了
深紫外波段大口径曲面元件的薄膜折射率不均匀性较大的问题，提高薄膜的性能，方法简
单易操作。
本发明无需对设备进行升级改造；无需购买新的镀膜材料；本发明操作简单，熟悉
镀膜工艺和工艺参数拟合等即可进行操作。
附图说明
图1为LaF3的光谱曲线，a为LaF3透过光谱曲线，b为熔石英基片透过曲线。其中，a每
个波峰处理论上应与基片透过率曲线相切，如果不相切，则证明镀膜材料有折射率不均匀
性。
图2为LaF3的折射率色散曲线，即折射率随着波长变化的曲线。
图3为MgF2的光谱曲线，c为MgF2透过光谱曲线，d为熔石英基片透过曲线。其中，c每
个波谷处理论上应与基片透过率曲线相切，如果不相切，则证明镀膜材料有折射率不均匀
性，偏离的越多，折射率不均匀性越大。
图4为MgF2的折射率色散曲线，即折射率随着波长变化的曲线。
图5为实施例1的混合材料的光谱曲线，e为混合材料的透过光谱曲线，f为熔石英
基片透过曲线。可以看出，折射率不均匀性较LaF3要小很多。
图6为实施例1的混合材料的折射率色散曲线。
图7为实施例1制备的双面深紫外减反膜透过率结果测试曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的具体实施例是示例性的，旨在用于解
释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种光学薄膜的制备方法，包括选用含两种材料的混合材料与第三
材料设计膜系，进行镀膜工艺；其中，混合材料的折射率大于第三材料。采用混合材料与低
折射率材料设计膜系，进行镀膜工艺，有效解决了深紫外波段大口径曲面元件的薄膜折射
率不均匀性较大的问题，提高薄膜的性能，方法简单易操作。
混合材料含第一材料和第二材料，即两种材料的混合，本发明只要混合材料中的
两种材料能实现物理结构互补即可，第一材料和第二材料的折射率可以相同也可以不同，
根据需要进行选择。具体的，一些实施例中，第一材料的折射率大于第二材料；进一步优选，
所述第一材料的含量大于第二材料，有利于设计膜系，即一些实施例中设计成高、低折射率
材料混合的混合材料，选用的两种材料的折射率不同，且优选高折射率材料的含量大。而
且，混合材料的折射率大于第三材料的折射率。
具体的，一些实施例中，以混合材料的重量百分含量为基准，第一材料的含量为
50％-90％。
在本发明的具体实施例中，第二材料与第三材料相同，即混合材料中的一种材料
与后续的镀膜工艺使用的单种材料相同。
一般，根据所需光学薄膜的工作波段，选取合适的高低折射率镀膜材料，具体的，
第一材料、第二材料及第三材料根据制得的光学薄膜工作波段进行材料选材；所述第一材
料和第二材料在制得的光学薄膜工作波段吸收小。
本发明优选，制得的光学薄膜工作波段为深紫外波段，本发明的方法特别适用于
制备深紫外波段的光学薄膜，能够有效解决深紫外波段大口径曲面元件的薄膜折射率不均
匀性较大的问题，提高薄膜的性能，且无需对设备进行升级改造；无需购买新的镀膜材料；
本发明操作简单，熟悉镀膜工艺和工艺参数拟合等即可进行操作。
具体的，本发明优选第一材料为氟化镧或氟化钆；所述第二材料和第三材料各自
独立的为氟化镁或氟化铝，通过常用的高低折射率镀膜材料即可实现本发明。
一些实施例中，设计膜系采用混合材料和第三材料的折射率设计膜系。
具体的，本发明优选混合材料的折射率通过步骤：S1、根据混合材料中的两种材料
的分子数之比推算出混合材料的折射率粗略值；S2，对混合材料进行工艺实验，并根据粗略
值对工艺实验的结果进行拟合，得到混合材料的折射率准确值，后续镀膜工艺利用此测定
的折射率来设计膜系。
具体的步骤可以如下:
(1)根据所需光学薄膜的工作波段，选取合适的高低折射率镀膜材料；
(2)将它们按照一定比例混合，其中高折射率材料为主；
(3)根据混合的比例，推算出混合材料的折射率粗略值；
(4)对混合材料进行工艺实验，并根据估算出的粗略值对工艺实验的结果进行拟
合，得到混合材料准确的折射率；
(5)利用得到的混合材料折射率和已知的低折射率材料等参数，设计膜系，进行镀
膜工艺。
其中，设计膜系、镀膜工艺为本领域技术人员公知，在此不再赘述。
本发明同时还提供了上述制备方法制备的光学薄膜。制得的光学薄膜折射率均
匀，薄膜的性能好，能提高光刻物镜的性能。
以下是本发明提供的具体实施例，用以说明上述方案及其各种条件的选取。本发
明实施例中所用试剂均采用市购分析纯。
实施例1
本实施例用于说明制备工作波段为193nm的深紫外光薄膜。
(1)选取LaF3(氟化镧)和MgF2(氟化镁)材料；通过氟化镧的光谱测试曲线图1，可以
得到如图2的氟化镧折射率曲线参数；通过氟化镁的光谱测试曲线图3，可以得到如图4的氟
化镁折射率曲线参数；
(2)将高折射率材料(LaF3)和低折射率材料材料(MgF2)以质量比9:1混合制成混合
材料；
(3)根据混合材料中LaF3和MgF2的比例(9:1)及LaF3和MgF2的相对分子质量(分别
为190和58)可得它们的分子数之比(也就是薄膜成分之比)，然后结合LaF3和MgF2在193nm处
的折射率值(分别为1.712和1.429)推算出混合材料的折射率粗略值约为1.636；
(4)通过工艺实验的结果，也就是如图5的混合材料光谱曲线拟合可以得到如图6
的混合材料的折射率色散曲线；
(5)通过如图6的混合材料和图4的低折射率材料的折射率设计膜系，进行镀膜工
艺。
利用PerkinElmer1050型分光光度计对样品进行测试。测试条件：设定测试类型为
T％模式(透射型)，设定测试波长范围为185-400nm，单色仪每次出光的带宽为2nm，测试数
据采集间隔为1nm，每nm积分时间为0.6s。具体步骤：将光度计预热15分钟后，先在样品室空
置的情况下扫描Autozero曲线，作为基准零线。然后，将样品固定在样品架上，在测试条件
不作任何修改的情况下扫描样品，所得曲线即为样品的透过率曲线。对本实施例所得深紫
外光薄膜进行光谱测试得如图7所示的透过率结果测试曲线。从图7可以看出本发明的深紫
外光薄膜折射率均匀，光学性能好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。