193nm ***是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心裝備。為實(shí)現(xiàn)大的數(shù)值孔徑，***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(dǎo)致同一鏡面上光線入射角度范圍高達(dá)0°到60°以上。目前通用的熱蒸發(fā)行星鍍膜技術(shù)會(huì)引起球面上嚴(yán)重的膜厚不均勻；同時(shí)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(fā)生明顯改變，從而導(dǎo)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，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所鍍膜團(tuán)隊(duì)成員、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員柳存定致力于分析球面鏡片上薄膜性質(zhì)和位置的關(guān)系。通過掃描電鏡分析球面鏡片上不同位置的薄膜結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)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(jì)算機(jī)模擬，確認(rèn)矢量生長模型可以較好地符合***鍍膜過程。研究結(jié)果顯示薄膜微結(jié)構(gòu)如柱狀結(jié)構(gòu)的傾角增大導(dǎo)致了折射率非均勻性從鏡片中心到邊沿逐漸增大。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在薄膜領(lǐng)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(nèi)框?yàn)榻欠直娣瓷淝€。(a)利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)的關(guān)系曲線（黑色線）以及實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果（紅色點(diǎn)）；綠色線為利用新模型反向推演的結(jié)果。(b)利用新模型設(shè)計(jì)的光譜曲線和對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

基于球面鏡片上單層膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，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(fā)現(xiàn)，氟化物多層膜的光譜特征受膜厚儀控制參數(shù)、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(shù)導(dǎo)致每層薄膜厚度的實(shí)際值偏離理論設(shè)計(jì)，其影響可以通過測量一組不同監(jiān)控厚度的單層膜的光譜對(duì)應(yīng)的實(shí)際厚度分析。

界面粗糙度和折射率非均勻性導(dǎo)致膜系偏離傳統(tǒng)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(zhǔn)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(shù)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(dǎo)致相同材料的不同膜層之間的折射率發(fā)生變化。

研究結(jié)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(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性（如圖），并準(zhǔn)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(shù)值孔徑***如浸沒式***的鍍膜等領(lǐng)域有重要的指導(dǎo)價(jià)值。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域期刊Optics Express上[26, 19524 (2018)]。

該工作受中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)資助。