深紫外波段的光學材料
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務。
1 引言
近年來，伴隨著半導體產(chǎn)業(yè)的需求驅(qū)動，短波光學得到了迅猛的發(fā)展。然而，在短波區(qū)域，光學材料的透過率降低是一個突出的問題，使得光學設計者可選的材料非常有限。以光刻系統(tǒng)為例，在i線(365nm)和g線(436nm)波段，多數(shù)的重火石玻璃透過率已經(jīng)出現(xiàn)下降，并且存在能量吸收現(xiàn)象，使得光刻鏡頭存在較大的熱效應，影響了系統(tǒng)的使用性能。在248nm和193nm的深紫外波段，熔石英和氟化鈣（CaF2）是*常用的材料。在157nm波段下，則只有氟化鈣材料的透過率是滿足使用需求的了。在本篇中，我們對這些用于深紫外波段下的光學材料做具體的介紹，以加深大家對該領域的了解。
2 深紫外波段的材料透過率
對于193nm下的光刻投影系統(tǒng)，分為干法光刻和浸沒式光刻兩種類型。干法光刻是傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，在此系統(tǒng)內(nèi)，投影物鏡與光刻膠之間的介質(zhì)是空氣。而浸沒式光刻，則是在投影物鏡與光刻膠之間充入水，水的折射率大于空氣的折射率，因此，浸沒式系統(tǒng)的NA值有了提升，從而提高了光刻鏡頭的分辨率。浸沒層的厚度通常只有幾個毫米厚，因此，光束能量的損失可以忽略不計。在下圖中，對同樣是10mm厚的BK7材料、水、熔石英和氟化鈣材料在深紫外波段的透過率做了對比，如下所示：
從上圖可以看到，對于常見的BK7玻璃，在350nm波段時，透過率出現(xiàn)了明顯的降低，并在300nm前很快衰減到很小的數(shù)值，這個現(xiàn)象說明它是不能用在紫外波段的，放在這里，僅是為了做對比。水介質(zhì)在193nm處的透過率尚可，因此可以做為浸沒層使用。熔石英材料（SiO2）可以在193nm處有很好的透過率，但是再向低波段延伸時，則迅速降低。而氟化鈣材料，則可以在150nm處仍然有92%以上的透過率，做為一種晶體材料，氟化鈣對光束的吸收特性會取決于它自身的純度和工藝特性，不同的純度的氟化鈣，或者不同的工藝生長出來的氟化鈣，它們的吸收特性會有很大的差異。
3 深紫外波段的材料折射率
在不同的波長下，材料的折射率是不同的。以熔石英材料為例，當波長變短時，由于色散的原因，它的折射率會明顯變大，熔石英材料在深紫外波段的折射率曲線如下圖所示：
我們知道，材料折射率越大，對光束的偏折能力就越強，因此，熔石英材料在深紫外波段的高折射率有助于校正系統(tǒng)的各類像差。與熔石英相比，氟化鈣材料在深紫外波段的折射率相對略低，其折射率曲線如下圖所示：
從上圖可以看出，隨著波長的變短，氟化鈣材料的折射率也有增大的趨勢，并且，氟化鈣是**可以應用在150nm波段的材料。但是，因為是晶體材料，氟化鈣存在雙折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在193nm波段需要引起注意，但是并不致命，但是到了157nm波段，雙折射現(xiàn)象就非常突出了，從而影響系統(tǒng)的性能，這也是157nm的光刻系統(tǒng)后來沒有成功應用的原因之一。通過引入浸沒式光刻，使得系統(tǒng)NA值進一步提升，從而將摩爾定律做了進一步的延續(xù)。浸沒式液體通常選用水介質(zhì)，水在深紫外波段的折射率曲線如下圖所示：
可以看到，與可見光波段時相比，水在深紫外波段的折射率明顯增大，從而有助于減少光刻物鏡*后一個透鏡表面的球差，提升系統(tǒng)性能。在光刻物鏡的焦面區(qū)域，因為光能量密度很高，熱量集中，會對空氣產(chǎn)生擊穿效應，部分空氣分子會解離成原子，從而干擾光刻的精度。因此，深紫外的光刻物鏡內(nèi)部通常會充保護氣體，來避免上述的空氣擊穿效應，常用的氣體為氮氣或氦氣。我們知道，通常空氣的折射率為1，當在鏡頭中充入保護氣體后，這些保護氣體的折射率也是需要考慮的，它們的折射率通常略偏離一些。在下表中，給出了在幾個主要的紫外波長下，材料的折射率數(shù)值：
值得說明的是，表格里列出的僅是各材料在對應波長下的近似折射率，僅供參考用，一塊材料的實際折射率，取決于它的純度、工藝和所處的溫度、氣壓等環(huán)境參數(shù)，實際應用時，材料的折射率需要實際測試。
4 結(jié)語
在本文中，我們對深紫外波段的光學材料特性做了介紹，在深紫外波段，因為透過率的緣故，可用的材料種類非常有限，文中分別介紹了熔石英、氟化鈣和水介質(zhì)在短波下的透過率和折射率參數(shù)特性，從而有助于對它們的性能有一個直觀的了解。當前來講，用于深紫外波段的光學材料仍然被康寧、肖特、尼康等國外公司壟斷，國產(chǎn)光學材料還需要再接再厲，早日實現(xiàn)**光學材料的突破。
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監(jiān)控等。
卷柔新技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價格,貼心的服務，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動力，通過鍍膜設備、鍍膜加工、光學鍍膜產(chǎn)品服務于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤空間和競爭優(yōu)勢，為中國的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻力量。
