HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀冰.PDF

物理学 报 ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．23(2013)234202 HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀冰 徐向东干 刘颖 邱克强 刘正坤 洪义麟 付绍军 (中国科学技术大学国家同步辐射实验室，合肥 230029) (2013年5月 21曰收到；2013年9月3目收到修改稿) 多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件．为了满足国内强激光系统的迫切需求，首先利用考夫曼型 离子束刻蚀机开展了HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究．采用纯 Ar及Ar和 CHF3混合 气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验，获得了优化的离子源工作参数．结果表明，与纯 离子束刻蚀相比，Ar和 CHF3混合气体离子束刻蚀时的HfO2／光刻胶的选择比大．HfO2的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显，导致刻蚀光 栅 占宽比变大．根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性，及时清洗离子源和更换灯丝，可保 证刻蚀工艺的重复性．利用上述技术己成功研制出多块最大尺寸为 80mln×150mm、线密度 1480线／mm、平均衍 射效率大于95％的HfO2项层多层介质膜脉宽压缩光栅．实验结果与理论设计一致，为大口径多层介质膜脉宽压缩 光栅的离子束刻蚀提供了有益参考． 关键词：光栅，多层介质膜，离子束刻蚀 PACS：42．40．Eq，42．82．Cr,52．77．Bn DOI：10．7498／aps．62．234202 作状态只有一个非零衍射级次，所 以它的衍射效率 1引 言 主要与槽深、占宽比和剩余厚度有关，而与槽形具 体是矩形、梯形、还是三角形关系不大．通过精心 建立在激光脉冲啁啾放大 (chirped．pulseam． 设计，可 以保证在一个相对较宽容的槽形 (槽深、 plification，CPA)和压缩基础上的亚皮秒或皮秒超短 占宽比)范围内，光栅都有较高的衍射效率 脉冲激光器，是 目前研究快点火物理的唯一重要 Hf02是 高介 电常数 材料，具 有 良好 的热 的驱动器．CPA核心元件之一为衍射光栅，其高衍 稳定性和 电学性 能，可替代 SiO2用 于制作 下 射效率、高损伤阈值和大尺寸的苛刻要求是普通 一 代互补性金属氧化物 半导体 (complementary 商业光栅所远远不能满足的 [1j2]．美国利弗莫尔国 meta1．oxide．semiconductor,CMOS)器件等．近十年 家实验室 (LawrenceLivermoreNationalLaboratory, 来，基于高密度 电子 自旋共振 (electroncyclotron LLNL)最先开展了用于高强度激光脉冲压缩衍射 resonance，ECR)或感应耦合等离子体 (inductive— 光栅的研究工作，至今已持续20余年．其发展过 lycoupledplasma，ICP)刻 蚀装置，国际上利用 程是光栅尺寸 由小到大、光栅类型 由镀金全息光 不 同的反应气体 (BC13／C12／Ar，SF6／Ar,CH4／H2／Ar, 栅到多层介质膜光栅、损伤阈值逐渐增大，所研 制的高强度激光脉冲压缩用衍射光栅代表 了当前