椭球反射镜膜厚均匀性与工艺技术的探讨

　　引　言

　　椭球反射镜常用于光学系统收集光能和改善照明系统均匀性,在镀制椭球镜反射膜的过程中,要求尽可能保证椭球镜的每一点都能反射相同波段和相同反射比的光,由于椭球具有特殊的结构,椭球镜镀制膜厚均匀性是一个必需考虑的问题。膜厚均匀性不仅影响椭球反射镜反射波段的偏移,而且影响反射镜能量的输出,使光束质量变坏。本文以一个实例计算了特定参数下椭球镜的膜厚分布,以及通过遮蔽板技术,来调整膜厚均匀性,最后根据测试结果,反复调整遮蔽板形状得到反射率一致性的椭球反射镜。

　　1　光刻机用椭球镜收集反射光能的原理

　　如图1,F1,F2,是椭球镜内表面两焦点。在椭球镜焦点F1处放一卤钨灯,其光点直径为1mm,它发射出的光线,经椭球镜内表面反射成象于另一焦点F2。在镀膜中,就要求椭球镜内表面任意一点反射的光都能在系统要求的使用波段内。对于点光源F1来说,椭球镜内表面上不同的点,光线的入射角都在变化。从薄膜光学原理可知,随入射角的增加,多层膜堆反射带中心波长向短波漂移。为保证不同入射角下反射带中心波长不变,要求膜层厚度随入射角变化。

　　2　分　析

　　膜厚均匀性与蒸发源的形状和分布、真空室的几何尺寸、工件转动方式、夹具和工件形状、以及蒸发材料等诸多因素有关。下面我们以一个实例对膜厚分布情况进行分析。该椭球镜方程为

　　如图1形状,其边缘内口径为20.2cm,高为10.8cm。

　　2.1　蒸发源及蒸发角度对淀积厚度的影响

　　蒸发源通常分为两类:一类向各个方向均匀发射蒸汽分子,可比作点源。另一类蒸汽密度对一定的方向与表面法线间的夹角呈余弦分布,称作面源。本实验采用电子束蒸发,我们在计算时,假定为小面源。而电子束蒸发特性为cosnφ。设蒸发材料的总量为m,入射在一椭球表面小面积元ds上,图2为角度对淀积厚度的影响。图中点O为蒸发源,为面蒸发源法线与连接蒸发源和镀膜表面元的直线所构成的角度。θ为镀膜表面法线与连接蒸发源和镀膜表面元的直线所构成的角度。若入射在一椭球表面小面积元ds上的材料总量为dM,它相当于通过立体角dω的材料总量。对于蒸发距离r的位置上,与蒸发方向成θ倾角的小面积ds的立体角为

　　2.2　光线入射角对膜厚分布的影响

　　在实际应用中,光线入射角增加会使中心波长向短波移动。入射角θi对任意点A(xi,yi)的膜厚ti与顶点膜厚之比为

　　为了消除入射角的影响,要求镜口的膜厚比顶点厚。选取nH=2.2,nL=1.46,我们对公式(1)所列的椭球镜进行计算,其中ρ=x2+y2,椭球镜的相对厚度分布如图3所示,其中1为低折射率膜厚分布,2为两种材料膜层平均厚度,3为高折射率膜厚分布。根据图示我们可知,对椭球镜来说顶点膜厚小于边缘膜厚。