193 nm激光对MgF_(2)窗口材料的损伤特性研究

随着光刻技术和低温硅退火等大能量、高功率紫外激光系统的发展,激光装置中窗口材料面临的紫外激光诱导损伤的问题越来越得到重视。MgF_(2)窗口是紫外波段难以替代的光学窗口材料,具有比CaF_(2)更优的紫外透光率、更低的折射率和更高的硬度等优点,因而在高功率紫外激光器、深紫外探测器、光电探测和对抗领域具有重要的应用。研究激光对MgF_(2)窗口材料的损伤机制对推动其在光学领域的应用至关重要。本文通过扫描电镜分析MgF_(2)窗口材料在193 nm紫外激光(2.8 J/cm^(2))辐照下出现的裂纹和凹坑等损伤形貌,随着激光脉冲数和能量的增加,MgF_(2)窗口材料的后表面损伤程度呈指数级增加,窗口材料的后表面损伤程度比前表面更加严重。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法对193 nm激光辐照MgF_(2)窗口材料内部的激光电场分布进行了计算。模拟发现无论缺陷在前表面还是后表面,电场强度的峰值都出现在后表面附近,后表面更容易被损伤,这与实验结果吻合;缺陷在激光辐照过程中会导致光场的局域调制,增强吸收,同时降低材料表面的机械强度。

激光量热法测量深紫外氟化物薄膜吸收

为了获得薄膜材料吸收率与深紫外激光照射能量密度间的对应关系,掌握薄膜材料深紫外吸收特性,应制定相应的吸收测量规范。介绍了激光量热法的原理及测试流程,分析了测试过程中的剂量效应、非线性吸收和不可恢复吸收等现象,提出了利用激光量热法测量应用于波长193nm紫外光刻系统的氟化物薄膜材料吸收率的方法,并进行了实际测量。根据所建立的测量方法,获得熔石英基底材料在193nm紫外光照射下的剂量效应及出现不可恢复吸收现象时相应的激光能量密度,进而测量出基底材料吸收率与激光能量密度之间的关系;通过热蒸发对基底镀氟化镁及氟化镧单层膜,测量镀膜后样品的吸收率与激光能量密度的关系,通过与镀膜前吸收率的对比,计算了两种薄膜材料吸收率与激光能量密度的关系,推算出薄膜材料在实际工作状态时的吸收率,并得到不同沉积温度下氟化镧薄膜材料吸收率、粗糙度与波纹度。实验结果证实了新提出测量方法的可行性,测量结果为改善系统成像质量以及延长元件使用寿命提供支持。