采用离子束溅射制备了AlF3、GdF3单层膜及193 nm减反和高反膜系, 分别使用分光光度计、原子力显微镜和应力仪研究了薄膜的光学特性、微观结构以及残余应力。在优选的沉积参数下制备出消光系数分别为11×10-4和30×10-4的低损耗AlF3和GdF3薄膜, 对应的折射率分别为143和167, 193 nm减反膜系的透过率为996%,剩余反射几乎为零, 而高反膜系的反射率为992%,透过率为01%。应力测量结果表明, AlF3薄膜表现为张应力而GdF3薄膜具有压应力, 与沉积条件相关的低生长应力是AlF3和GdF3薄膜残余应力较小的主要原因, 采用这两种材料制备的减反及高反膜系应力均低于50 MPa。针对平面和曲率半径为240 mm的凸面元件, 通过设计修正挡板, 250 mm口径膜厚均匀性均优于97%。为亚纳米精度的平面元件镀制193 nm减反膜系, 镀膜后RMS由0177 nm变为0219 nm。

本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜, 并研究其沉积速率分布特征。首先, 采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图, 通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次, 分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后, 以二维沉积速率分布公式为基础, 通过计算机编程设计均匀性挡板, 并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明, 沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布, 在竖直方向上满足标准Gauss分布, 拟合公式残差为205×10-6。改变离子源的束流和束压, 沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大, Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大, 峰值位置xc逐渐增大, 在θ=292°时, GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验, 可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为979%。

为了掌握熔石英样品在紫外波段的吸收特性, 研究了精确评估激光量热仪测量不确定度的方法。介绍了激光量热仪的吸收测量原理, 选用指数法对吸收测量数据进行了拟合; 通过分析各吸收率测量结果的影响分量, 建立了测量不确定度评估模型; 对各输入量的估计值以及估计值的标准不确定度逐一进行计算, 并对影响吸收率测量结果的拟合计算参数A、γ进行了修正。考虑背景温度漂移对被测样品温度测量的影响, 利用Matlab编程分析了线性、非线性温度漂移对吸收计算结果的影响, 获得其相对标准不确定度及相对扩展不确定度分别为2.6%和5.2%。最后, 更换熔石英基底并进行多次吸收测量, 计算了吸收率10次测量结果平均值的相对标准不确定度为2.3%, 相对扩展不确定度为4.6%, 与评估结果基本相同。

本文介绍了光热与光声探测技术的基本原理，结合光学薄膜的吸收测试、光学薄膜的激光辐照特性表征、激光损伤特性表征以及光学薄膜的机械性质表征等各种具体应用，对激光量热法、光热偏转法、表面声波法等典型的光热、光声检测方法进行了分析; 阐述了这些方法的测试原理以及各自优势与不足。介绍了该领域利用这些方法取得的一些成果，并就光声光热检测技术的发展趋势做了展望。

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193 nm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193 nm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。