CN103147047A - 低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 - Google Patents
低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103147047A CN103147047A CN2013100913104A CN201310091310A CN103147047A CN 103147047 A CN103147047 A CN 103147047A CN 2013100913104 A CN2013100913104 A CN 2013100913104A CN 201310091310 A CN201310091310 A CN 201310091310A CN 103147047 A CN103147047 A CN 103147047A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- preparation
- annealing
- substrate
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及光学薄膜。低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，首先将基片在石油醚和温水的混合溶液中进行超声波清洗，再用石油醚经过仔细擦洗；然后将基片放入真空室内，采用电子束热蒸发方法进行镀膜，沉积温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。本发明方法可大幅度降低氧化铝薄膜的紫外光学损耗，而且具有效率高、工艺简单和成本较低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜，具体涉及一种氧化铝薄膜的制备方法。
背景技术
由于半导体工业和激光材料加工工业的发展，导致了对应用于紫外波段尤其是远紫外-真空紫外（DUV-VUV）波段的优质高能光学元件的需要急剧上升。而这些元件多数为镀膜后使用，因此紫外波段薄膜元件性能的优化提高面临着新的挑战。波长越短，可用的镀膜材料越少，特别是高折射率的镀膜材料。在DUV波段甚至在低于200nm的波段，氧化铝材料作为一种最常用的高折射率材料广泛应用于多层介质反射膜中。氧化铝薄膜的光学特性强烈依赖于镀膜工艺条件及杂质污染等其它因素，要想得到高光学性能的薄膜首先要减少薄膜的光学损耗。
为克服光学薄膜的损耗问题，国际上采用各种能量辅助沉积方法来沉积薄膜，如溅射、离子镀、离子辅助等方法。尽管如此，减少薄膜的光学损耗仍然是一个难题。经典的电子束热蒸发方法仍然是比较好的氧化铝薄膜的镀膜技术，不过采用该方法沉积的氧化铝薄膜容易出现失氧及结构疏松等情况。为得到致密的低损耗的膜层，人们往往会采用反应蒸发或离子辅助技术来沉积薄膜，但附加的辅助气体和离子源又会带入新的污染从而使吸收损耗增加，而且对镀膜机的真空系统提出了更高的要求。
到目前为止，由于沉积工艺等因素的限制，在薄膜沉积中还没有一个好的办法能够完全解决影响薄膜性能的不利因素。有鉴于此，人们提出了优化薄膜性能的一些后处理技术，即在薄膜沉积后采用某种技术对薄膜进行后处理，以降低薄膜的损耗，或者使薄膜中的损耗得到一定程度的稳定，从而达到提高薄膜性能的目的。
镀膜后退火处理技术可以改变膜层的结构、表面形貌、吸收等特性，使其性能发生变化。但镀膜后退火处理技术主要用于提高反射膜光学性能的稳定性及降低氧化钛等失氧严重的氧化物薄膜的吸收损耗，并没有解决氧化铝薄膜的紫外光学损耗问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于，首先将基片在石油醚和温水的混合溶液中进行超声波清洗，再用石油醚经过仔细擦洗；然后将基片放入真空室内，采用电子束热蒸发方法进行镀膜，沉积温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。最后采用镀膜后退火处理技术对沉积的薄膜进行后处理，退火炉中的气体为空气。本发明方法可大幅度降低氧化铝薄膜的紫外光学损耗，而且具有效率高、工艺简单和成本较低的特点。镀膜时工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气；沉积温度在为300℃-350℃。镀膜过程中没有反应气体充入，真空室内的残余气体为空气，镀膜过程及工艺简单，成膜质量稳定。采用300℃-350℃这一相对较高的沉积温度，能够获得较高的堆积密度，防止水吸收，同时使薄膜在较长的时间内保持光学性能稳定。
超声波清洗时间为1-2分钟，石油醚擦洗在超净室或超净台上进行。
所述基片采用紫外级石英，反射膜也可采用普通K9玻璃基片。镀膜材料的纯度在99.9%以上。
所述的光学薄膜为氧化铝薄膜或包含氧化铝膜层的反射膜。
所述的电子束热蒸发沉积主要工艺如下：基底烘烤温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。
退火温度为300℃-400℃，退火时间为1-5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。采用镀膜后退火处理技术，能够显著降低薄膜的紫外光学损耗，进一步提高薄膜的耐久性及稳定性等性能。
本发明的核心是镀膜过程中不充入反应气体，采用较高沉积温度镀膜，镀膜后实行退火处理技术，其原理是：
氧化铝薄膜的紫外光学损耗主要来源于吸收损耗，电子束热蒸发氧化铝薄膜的性能主要由镀膜过程中的工艺参数决定。在其他工艺参数一定的情况下，吸收随沉积温度降低而降低。但是沉积温度降低会导致堆积密度降低，堆积密度降低会造成水吸收和光学性能不稳定。当沉积温度在300℃以上时，能够获得较高的堆积密度，不会发生水吸收，同时薄膜会在较长的时间内保持光学性能稳定。
然而作为高价金属氧化物的氧化铝膜层，沉积温度过高，如果蒸发气氛中氧的含量不足，就会使薄膜的化学计量比发生改变，出现失氧现象，该缺陷的产生使薄膜的吸收随之增加。采用反应蒸发技术，在镀膜过程中向真空室冲入氧气，能够在一定程度上改善非化学计量比缺陷。但是不利之处是一方面有可能引入其他的污染，同时对镀膜机提出了更高的要求，另外使镀膜过程变得复杂而不容易保证成膜质量。
作为一种优选方案，在DMD-450型真空物理气相沉积(PVD-PhysicalVapor Deposition)镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积氧化铝薄膜。采用的基底材料为JGS1型熔融石英，基底尺寸为φ30×3mm，氧化铝材料的纯度标定为99.99%。镀膜前先将基片放在石油醚和水的混合溶液中进行超声波清洗，然后再用石油醚溶液进行擦洗。镀膜过程的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃。薄膜厚度采用光控法进行监控，监控波长为620nm，膜层的光学厚度为6个1/4波长。
将制备后的氧化铝薄膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
对退火前后的样品进行测量与计算，结果表明在消光系数明显减小，在典型波长248nm处由3.3×10-3Pa减小到8×10-4Pa，在典型波长193nm处由8.0×10-3Pa减小到4.2×10-3Pa。
作为另一种优选方案，在DMD-450型真空物理气相沉积(PVD-PhysicalVapor Deposition)镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积193nm反射膜。高反膜的膜系选择(HL)13H，其中H代表光学厚度的高折射率材料氧化铝膜层，L代表
光学厚度的低折射率材料氟化镁膜层，角标‘13’代表(HL)重复周期数。
193nm高反膜分别镀制在直径为40mm，厚度为4mm的K9玻璃基片和JGS1型熔融石英基片上，基片清洗采用先在石油醚和水的混合溶液中进行超声波处理，再用石油醚溶液擦洗工序。所有薄膜的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃，每层膜的厚度由光学控制法进行精确监控。
将制备后的193nm反射膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
对退火前后的样品进行测量与计算，结果表明光学损耗明显减小，在波长193nm处光学损耗由2.3%减小到小于1.5%，反射膜的时间稳定性与环境稳定性良好。
本发明的优点是：
1．可有效降低氧化铝薄膜的紫外光学损耗。比较退火前后氧化铝薄膜的光学损耗，发现有大幅度的降低；
2．可有效提高氧化铝薄膜的光学稳定性。在空气中存放半年以后进行测量，自外光学损耗没有增加，薄膜具有很好的时间稳定性与环境稳定性；
3．本发明方法镀膜设备简单，可实施性强。在镀膜过程中没有采用氧分压，一方面降低了对镀膜机真空系统的要求，同时简化了镀膜工艺，因此节约了设备成本，而且镀膜质量稳定。
4．本发明方法的镀膜后退火处理技术设备简单，速度快。镀膜后退火处理采用普通加热炉，在空气环境中进行。无需对退火设备进行气氛处理，又可以同时进行多片薄膜的处理，因此效率很高。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，首先将基片在石油醚和温水的混合溶液中进行超声波清洗，再用石油醚经过仔细擦洗；然后将基片放入真空室内，采用电子束热蒸发方法进行镀膜，沉积温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。最后采用镀膜后退火处理技术对沉积的薄膜进行后处理，退火炉中的气体为空气。本发明方法可大幅度降低氧化铝薄膜的紫外光学损耗，而且具有效率高、工艺简单和成本较低的特点。镀膜时工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气；沉积温度在为300℃-350℃。镀膜过程中没有反应气体充入，真空室内的残余气体为空气，镀膜过程及工艺简单，成膜质量稳定。采用300℃-350℃这一相对较高的沉积温度，能够获得较高的堆积密度，防止水吸收，同时使薄膜在较长的时间内保持光学性能稳定。
超声波清洗时间为1-2分钟，石油醚擦洗在超净室或超净台上进行。
基片采用紫外级石英，反射膜也可采用普通K9玻璃基片。镀膜材料的纯度在99.9%以上。
的光学薄膜为氧化铝薄膜或包含氧化铝膜层的反射膜。
的电子束热蒸发沉积主要工艺如下：基底烘烤温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。
退火温度为300℃-400℃，退火时间为1-5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。采用镀膜后退火处理技术，能够显著降低薄膜的紫外光学损耗，进一步提高薄膜的耐久性及稳定性等性能。
本发明的核心是镀膜过程中不充入反应气体，采用较高沉积温度镀膜，镀膜后实行退火处理技术，其原理是：
氧化铝薄膜的紫外光学损耗主要来源于吸收损耗，电子束热蒸发氧化铝薄膜的性能主要由镀膜过程中的工艺参数决定。在其他工艺参数一定的情况下，吸收随沉积温度降低而降低。但是沉积温度降低会导致堆积密度降低，堆积密度降低会造成水吸收和光学性能不稳定。当沉积温度在300℃以上时，能够获得较高的堆积密度，不会发生水吸收，同时薄膜会在较长的时间内保持光学性能稳定。
然而作为高价金属氧化物的氧化铝膜层，沉积温度过高，如果蒸发气氛中氧的含量不足，就会使薄膜的化学计量比发生改变，出现失氧现象，该缺陷的产生使薄膜的吸收随之增加。采用反应蒸发技术，在镀膜过程中向真空室冲入氧气，能够在一定程度上改善非化学计量比缺陷。但是不利之处是一方面有可能引入其他的污染，同时对镀膜机提出了更高的要求，另外使镀膜过程变得复杂而不容易保证成膜质量。
作为一种优选方案，在DMD-450型真空物理气相沉积(PVD-PhysicalVapor Deposition)镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积氧化铝薄膜。采用的基底材料为JGS1型熔融石英，基底尺寸为φ30×3mm，氧化铝材料的纯度标定为99.99%。镀膜前先将基片放在石油醚和水的混合溶液中进行超声波清洗，然后再用石油醚溶液进行擦洗。镀膜过程的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃。薄膜厚度采用光控法进行监控，监控波长为620nm，膜层的光学厚度为6个1/4波长。
将制备后的氧化铝薄膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
对退火前后的样品进行测量与计算，结果表明在消光系数明显减小，在典型波长248nm处由3.3×10-3Pa减小到8×10-4Pa，在典型波长193nm处由8.0×10-3Pa减小到4.2×10-3Pa。
作为另一种优选方案，在DMD-450型真空物理气相沉积(PVD-PhysicalVapor Deposition)镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积193nm反射膜。高反膜的膜系选择(HL)13H，其中H代表
光学厚度的高折射率材料氧化铝膜层，L代表
光学厚度的低折射率材料氟化镁膜层，角标‘13’代表(HL)重复周期数。
193nm高反膜分别镀制在直径为40mm，厚度为4mm的K9玻璃基片和JGS1型熔融石英基片上，基片清洗采用先在石油醚和水的混合溶液中进行超声波处理，再用石油醚溶液擦洗工序。所有薄膜的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃，每层膜的厚度由光学控制法进行精确监控。
将制备后的193nm反射膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
对退火前后的样品进行测量与计算，结果表明光学损耗明显减小，在波长193nm处光学损耗由2.3%减小到小于1.5%，反射膜的时间稳定性与环境稳定性良好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于，首先将基片在石油醚和温水的混合溶液中进行超声波清洗，再用石油醚经过仔细擦洗；然后将基片放入真空室内，采用电子束热蒸发方法进行镀膜，沉积温度为300℃-350℃，工作真空度为3.5×10-3Pa-7.5×10-3Pa，残余气体为空气。
2.根据权利要求1所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：最后采用镀膜后退火处理技术对沉积的薄膜进行后处理，退火炉中的气体为空气。
3.根据权利要求1所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：超声波清洗时间为1-2分钟，石油醚擦洗在超净室或超净台上进行。
4.根据权利要求1所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：所述基片采用紫外级石英，反射膜采用普通K9玻璃基片。
5.根据权利要求1所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：镀膜材料的纯度在99.9%以上。
6.根据权利要求1所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：退火温度为300℃-400℃，退火时间为1-5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：所述的光学薄膜为氧化铝薄膜或包含氧化铝膜层的反射膜。
8.根据权利要求7所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：在DMD-450型真空物理气相沉积镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积氧化铝薄膜；
采用的基底材料为JGS1型熔融石英，基底尺寸为φ30×3mm，氧化铝材料的纯度标定为99.99%；
镀膜前先将基片放在石油醚和水的混合溶液中进行超声波清洗，然后再用石油醚溶液进行擦洗；
镀膜过程的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃；
薄膜厚度采用光控法进行监控，监控波长为620nm，膜层的光学厚度为6个1/4波长；
将制备后的氧化铝薄膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
9.根据权利要求7所述的低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法，其特征在于：在DMD-450型真空物理气相沉积镀膜系统，采用电子束热蒸发方法沉积193nm反射膜；
高反膜的膜系选择(HL)13H，其中H代表
光学厚度的高折射率材料氧化铝膜层，L代表
光学厚度的低折射率材料氟化镁膜层，角标‘13’代表(HL)重复周期数；
193nm高反膜分别镀制在直径为40mm，厚度为4mm的K9玻璃基片和JGS1型熔融石英基片上，基片清洗采用先在石油醚和水的混合溶液中进行超声波处理，再用石油醚溶液擦洗工序；
所有薄膜的本底真空度为6.5×10-3Pa，烘烤温度为300℃，每层膜的厚度由光学控制法进行精确监控；
将制备后的193nm反射膜在400℃的退火温度下退火1.5h，退火时采用缓慢升温与降温的方式，退火炉中的气体为空气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013100913104A CN103147047A (zh) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013100913104A CN103147047A (zh) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103147047A true CN103147047A (zh) | 2013-06-12 |
Family
ID=48545358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013100913104A Pending CN103147047A (zh) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103147047A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103276367A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-04 | 济南尚特恩光电技术有限公司 | 一种降低氧化铝薄膜紫外光学损耗的后处理方法 |
| CN107020385A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-08 | 上海理工大学 | 一种具有增强紫外荧光强度的铝纳米颗粒制备方法 |
| CN108070824A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 上海域申光电科技有限公司 | 减小光学薄膜内应力的镀膜方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101220455A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-07-16 | 华东理工大学 | 低紫外光学损耗的氧化铝薄膜的制备方法 |
-
2013
- 2013-03-21 CN CN2013100913104A patent/CN103147047A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101220455A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-07-16 | 华东理工大学 | 低紫外光学损耗的氧化铝薄膜的制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103276367A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-04 | 济南尚特恩光电技术有限公司 | 一种降低氧化铝薄膜紫外光学损耗的后处理方法 |
| CN108070824A (zh) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 上海域申光电科技有限公司 | 减小光学薄膜内应力的镀膜方法 |
| CN107020385A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-08 | 上海理工大学 | 一种具有增强紫外荧光强度的铝纳米颗粒制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4790396B2 (ja) | 透明膜の製造方法 | |
| Nielsen et al. | Large area, low cost anti-reflective coating for solar glasses | |
| Raut et al. | Fabrication of highly uniform and porous MgF2 anti-reflective coatings by polymer-based sol–gel processing on large-area glass substrates | |
| Bhavanasi et al. | Structural, optical and light scattering properties of post etched RF sputtered ZnO: Al thin films deposited at various substrate temperature | |
| CN103882378B (zh) | 一种三硼酸氧钙钇晶体(ycob)高激光损伤阈值增透膜的制备方法 | |
| Chi et al. | Antireflective coatings with adjustable transmittance and high laser-induced damage threshold prepared by deposition of magnesium fluoride nanoparticles | |
| Sim et al. | Ultra‐High Optical Transparency of Robust, Graded‐Index, and Anti‐Fogging Silica Coating Derived from Si‐Containing Block Copolymers | |
| CN103147047A (zh) | 低紫外光学损耗的光学薄膜的制备方法 | |
| CN101220455A (zh) | 低紫外光学损耗的氧化铝薄膜的制备方法 | |
| CN103018798A (zh) | 低损耗深紫外多层膜的制备方法 | |
| Shen et al. | Investigation on properties of TiO2 thin films deposited at different oxygen pressures | |
| CN104975262A (zh) | 相变型二氧化钒薄膜及其制备方法 | |
| Ma et al. | Broadband antireflection and hydrophobic CaF2 film prepared with magnetron sputtering | |
| JP2012078597A (ja) | 反射防止膜及び反射防止膜を有する光学部材 | |
| CN104369440B (zh) | 用于激光器的全介质反射膜及其制备方法 | |
| Zong et al. | ZrO 2/VO 2/ZrO 2 sandwich structure with improved optical properties and weatherability for smart window application | |
| JP2010250069A (ja) | 反射防止膜、及びこれを有する光学素子 | |
| CN104049287A (zh) | 一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法 | |
| Hossain et al. | Numerical and experimental investigation of infrared optical filter based on metal oxide thin films for temperature mitigation in photovoltaics | |
| TWI559026B (zh) | 抗反射結構及其製造方法 | |
| Chi et al. | Sol–gel preparation of ultralow refractive index magnesium fluoride optical films for broadband antireflective coatings | |
| JP2019066600A (ja) | プラスチックレンズ及びその製造方法 | |
| Kondaiah et al. | Fabrication of spectrally selective tandem stack of HfZrC/HfZrCN/HfZrON/HfZrO by reactive magnetron sputtering for CSP applications | |
| Jain et al. | Growth and characterization of hydrophobic anti-reflection CaF2 films | |
| JP2011129288A (ja) | 透明導電膜付き基板および薄膜光電変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130612 |