一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法

摘要

本发明公开了一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法，所述制备方法包括：获取所述深紫外波段宽带分束薄膜中膜层的目标沉积厚度；依据所述目标沉积厚度，对所述膜层进行实验沉积；在所述膜层沉积完成后，获取所述膜层的测量误差值；依据所述目标沉积厚度和所述测量误差值，获取所述膜层的实际沉积厚度；依据所述实际沉积厚度，对所述膜层进行沉积。所述制备方法消除了各个膜层沉积过程中产生的热扰动所导致的晶振厚度测量误差对深紫外波段宽带全介质分束薄膜性能产生的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外光学应用技术领域，更具体地说，尤其涉及一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，深紫外光学技术和应用获得了快速的发展，在空间环境和材料等领域具有重要的地位和经济价值。

基于190nm-260nm的深紫外波段分束薄膜元件，一般采用两种方式：一种是采用金属薄膜，另一种是采用全介质薄膜。基于金属宽带分束薄膜而言，其特点是带宽较宽，但是工作带内的光谱反射率或透射率并不是十分平均，且只能用于低功率应用中。基于全介质薄膜而言，其特点是带宽相对较窄，但是可用于强激光，例如193nm、240nm、以及工作波长位于深紫外区域的自由电子激光等，因此全介质分束薄膜可用于承受较强光学功率的应用中。

在常规分束薄膜的制备过程中，紫外或可见光波段采用光控的方式实现高性能的分束薄膜制备，但是在深紫外波段区域，一般较少配备光控系统或光控系统的精度相对不高，因此紫外波段宽带全介质分束薄膜一般采用晶振控制的方法进行制备。

但是，采用晶振控制方法制备深紫外波段宽带全介质分束薄膜存在以下缺点，其一，深紫外波段宽带全介质分束薄膜膜系均为非规整膜系，其中有的膜层物理厚度只有几纳米；其二，介质膜材料在深紫外波段的折射率随着工艺条件波动的程度较大；其三，在各个膜层沉积过程中，APS(Air Plasma Spraying，高级等离子源)和电子束蒸发材料之间的热扰动对于晶振的物理厚度测量精度会产生影响，导致产生测量误差，该误差对于深紫外波段宽带全介质分束薄膜的性能影响很大。

那么，如何解决各个膜层沉积过程中产生的热扰动所导致的晶振厚度测量误差对深紫外波段宽带全介质分束薄膜性能产生的影响，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法，解决了现有技术中各个膜层沉积过程中产生的热扰动所导致的晶振厚度测量误差对深紫外波段宽带全介质分束薄膜性能产生的影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法，所述制备方法包括：

获取所述深紫外波段宽带分束薄膜中膜层的目标沉积厚度；

依据所述目标沉积厚度，对所述膜层进行实验沉积；

在所述膜层沉积完成后，获取所述膜层的测量误差值；

依据所述目标沉积厚度和所述测量误差值，获取所述膜层的实际沉积厚度；

依据所述实际沉积厚度，对所述膜层进行沉积。

优选的，在上述制备方法中，所述依据所述目标沉积厚度，对所述膜层进行实验沉积包括：

采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，在所述膜层沉积开始时，打开高级等离子源挡板和电子束蒸发源挡板，依据所述目标沉积厚度以及基于预设角度入射，对所述膜层进行实验沉积。

优选的，在上述制备方法中，所述预设角度为0度。

优选的，在上述制备方法中，所述在所述膜层沉积完成后，获取所述膜层的测量误差值包括：

在所述膜层沉积完成后，关闭所述高级等离子源挡板和所述电子束蒸发源挡板，获取高级等离子体和电子束蒸发材料之间热扰动所产生的所述测量误差值。

优选的，在上述制备方法中，所述依据所述实际沉积厚度，对所述膜层进行沉积包括：

提供一基底；

采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，在每一层所述膜层沉积开始时，打开高级等离子源挡板和电子束蒸发源挡板，依据每一层所述膜层的所述实际沉积厚度，在所述基底上依次进行沉积。

优选的，在上述制备方法中，所述基底为SiO₂基底。

优选的，在上述制备方法中，所述基底为紫外熔石英光学基底。

优选的，在上述制备方法中，所述紫外熔石英光学基底的真空度＜1×10^-6mbar。

优选的，在上述制备方法中，所述紫外熔石英光学基底的加温温度为100℃至200℃之间，包括端点值。

通过上述描述可知，本发明提供的一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法包括：获取所述深紫外波段宽带分束薄膜中膜层的目标沉积厚度；依据所述目标沉积厚度，对所述膜层进行实验沉积；在所述膜层沉积完成后，获取所述膜层的测量误差值；依据所述目标沉积厚度和所述测量误差值，获取所述膜层的实际沉积厚度；依据所述实际沉积厚度，对所述膜层进行沉积。

该制备方法解决了现有技术中各个膜层沉积过程中产生的热扰动所导致的晶振厚度测量误差对深紫外波段宽带全介质分束薄膜性能产生的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法的流程示意图。

所述制备方法包括：

S101：获取所述深紫外波段宽带分束薄膜中膜层的目标沉积厚度。

具体的，由于所述深紫外波段宽带分束薄膜为在基底上依次沉积的多层膜层，因此，在沉积开始之前，首先确定所述深紫外波段宽带分束薄膜中各个膜层的目标沉积厚度，该目标沉积厚度为膜层沉积完成后的理想沉积厚度。

S102：依据所述目标沉积厚度，对所述膜层进行实验沉积。

具体的，采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，在所述膜层沉积开始时，打开高级等离子源挡板和电子束蒸发源挡板，依据所述目标沉积厚度以及基于预设角度入射，对所述膜层进行实验沉积，其中，所述预设角度为0度。

但是，在高级等离子源挡板和电子束蒸发源挡板打开后，等离子体和电子束蒸发材料冲击到晶振片上，对晶振产生一个热扰动，即使晶振温度瞬间升高，这种热扰动将在一段时间内使晶振的工作频率产生一个跃变，之后趋于稳定，该热扰动过程会对膜层沉积过程中的厚度引入误差，即该热扰动伴随着真实的物理沉积，进而导致最终膜层的沉积厚度大于目标沉积厚度，也就是说，此时晶振显示的沉积厚度实际上是目标沉积厚度与该热扰动过程共同作用的结果，并且目前的技术无法区分和评估该热扰动过程产生的晶振误差大小。

S103：在所述膜层沉积完成后，获取所述膜层的测量误差值。

具体的，在每一层膜层沉积完成后，关闭所述高级等离子源挡板和所述电子束蒸发源挡板，获取高级等离子和电子束蒸发材料之间热扰动所产生的所述测量误差值。

也就是说，每一层膜层沉积完成后，均需要关闭所述高级等离子源挡板和所述电子束蒸发源挡板，此时高级等离子体和电子束蒸发材料对晶振的影响被停止，将使晶振产生一个温度突然降低的热扰动过程，但是，由于所述高级等离子源挡板和所述电子束蒸发源挡板处于关闭状态，因此该热扰动过程不会对膜层的沉积厚度产生影响，即真是的物理沉积过程已经停止，只剩下该热扰动的影响，通过依据沉积速率变化及其持续时间，评估每一层膜层沉积完成后，该热扰动过程对晶振测量产生的扰动，近似评估步骤S102中热扰动过程所引入的膜层沉积误差，即所述测量误差值。

S104：依据所述目标沉积厚度和所述测量误差值，获取所述膜层的实际沉积厚度。

具体的，例如步骤S101中目标沉积厚度为30nm，由于步骤S102中的热扰动问题，导致膜层最终的沉积厚度大于30nm，此时晶振显示的沉积厚度实际上是目标沉积厚度30nm与该热扰动过程共同作用的结果，并且目前的技术无法区分和评估该热扰动过程产生的晶振误差大小，但是通过评估步骤S103中热扰动过程对晶振测量产生的扰动比如为3nm，近似评估步骤S102中热扰动过程所引入的膜层沉积误差3nm，即所述测量误差值为3nm，那么，依据目标沉积厚度为30nm和测量误差值为3nm，计算得出所述膜层的实际沉积厚度为27nm，那么通过采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，沉积27nm的膜层，最终可以得到30nm的膜层。

S105：依据所述实际沉积厚度，对所述膜层进行沉积。

具体的，提供一基底；采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，在每一层所述膜层沉积开始时，打开高级等离子源挡板和电子束蒸发源挡板，依据每一层所述膜层的所述实际沉积厚度，在所述基底上依次进行沉积。

也就是说，针对每一层膜层，均通过步骤S101-S104获取每一层膜层的实际沉积厚度，依据该实际沉积厚度分别对每一层膜层进行沉积，进而解决了现有技术中各个膜层沉积过程中产生的热扰动所导致的晶振厚度测量误差对深紫外波段宽带全介质分束薄膜性能产生的影响，有效改善所制备的深紫外波段宽带分束膜的分光光谱性能，使所制备的样品的实测光谱和理论设计光谱趋于一致。

进一步的，在本发明实施例所提供的一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法，用于制备得到0度入射，且在200nm-260nm波长区域的反射率和折射率均为50％的分束薄膜，该分束薄膜在深紫外波段具有较宽的工作宽带，在工作带宽内的反射和透射光谱均比较平坦，可满足深紫外宽带分光的需求。

具体的，采用等离子辅助电子束蒸发沉积技术，其中可选的，等离子体的产生使用德国莱宝光学公司的高级等离子源，采用270度回转电子束，采用铜坩埚作为蒸发容器，镀膜基底选用紫外熔石英等紫外光学基底，其基底的真空度＜1×10^-6mbar，基底的加温温度为100℃至200℃之间，包括端点值，薄膜物理厚度采用晶振片控制。

进一步的，在本发明实施例中，可选的，采用Lambda950分光光度计分别测量所制备每一层膜层的透过光谱和反射光谱，对其上述光谱进行多极值光谱反演解析，可以得到薄膜的光学常数。

下面通过对单层膜层进行沉积工艺进行优化设计，可选的，本发明实施例中，分别采用Al₂O₃和SiO₂作为高折射率和低折射率材料，首先在紫外熔石英光学基底上沉积Al₂O₃薄膜，控制电子束蒸发电流和等离子的偏压，使其沉积速率为0.2nm/s-0.4nm/s之间，厚度为80nm-120nm之间，采用Lambda950分光光度计分别测量该Al₂O₃薄膜的透过光谱和反射光谱，采用多极值模型反演解析Al₂O₃薄膜的光学常数，可发现Al₂O₃薄膜的非均匀性很小，即可得到工艺优化后Al₂O₃薄膜在深紫外波段的光学常数：在200nm-260nm波长区域的折射率为1.85-1.70之间，消光系数＜0.0025。

之后，在紫外蓝宝石光学基底上沉积SiO₂薄膜，控制电子束蒸发电流和等离子的偏压，使其沉积速率为0.2nm/s-0.4nm/s之间，厚度为150nm左右，采用Lambda950分光光度计分别测量该SiO₂薄膜的透过光谱和反射光谱，采用多极值模型反演解析SiO₂薄膜的光学常数，可发现SiO₂薄膜的非均匀性很小，即可得到工艺优化后SiO₂薄膜在深紫外波段的光学常数：在200nm-260nm波长区域的折射率为1.52-1.58之间，消光系数＜0.0005。

最后，在紫外SiO₂基底上，采用上述优化后的工艺技术，依据步骤S104中，所得到的每一层薄膜的实际沉积厚度，采用等离子辅助电子束沉积方法交替沉积Al₂O₃和SiO₂两种高低折射率膜层，完成深紫外波段宽带分束薄膜的制备。

需要说明的是，Al₂O₃膜层和SiO₂膜层的数量和每一层的厚度均不作限定，可根据具体情况而定，

通过上述描述可知，本发明提供的一种深紫外波段宽带分束薄膜膜层的制备方法有效消除等离子辅助电子束沉积过程中由于等离子体和电子束蒸发材料对晶振产生的热扰动所引起的晶振沉积测量误差值，通过对该测量误差值和目标沉积厚度进行修正，有效改善了所制备的深紫外波段宽带分束膜的分光光谱性能，使所制备的样品的实测光谱和理论设计光谱趋于一致。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。