极紫外多层膜制备工艺研究

介绍了用平面磁控溅射方法制备极紫外多层膜的研究工作。围绕极紫外多层膜技术 ,重点探讨了多层膜膜厚定标和工艺过程对多层膜结构和内部成分的影响。为深入研究多层膜制备工艺指明了方向。     

极紫外多层膜残余应力初步研究

 针对极紫外多层膜在激光等离子体诊断、极紫外光刻等方面的应用,进行了Mo/Si多层膜残余应力的实验研究,讨论了多层膜残余应力的成因。实验结果表明：Mo单层膜表现为张应力, Si单层膜表现为压应力;通过传统方法制备的13.0 nm处高反射率的40对Mo/Si多层膜会产生-500 MPa左右的压应力,其压应力主要是由膜层之间的贯穿扩散引起的;通过改变膜层比率可以在一定程度上补偿因贯穿扩散产生的压应力,但是以牺牲多层膜反射率为代价。     

30.4 nm波长SiC/Mg多层膜反射镜

波长30.4 nm的He-II谱线是极紫外天文观测中最重要的谱线之一,空间极紫外太阳观测光学系统需要采用多层膜作为反射元件。为此研究了SiC/Mg、B4C/Mg、C/Mg、C/Al、Mo/Si、B4C/Si、SiC/Si、C/Si、Sc/Si等材料组合的多层膜在该波长处的反射性能。基于反射率最大与多层膜带宽最小的设计优化原则,选取了SiC/Mg作为膜系材料。采用直流磁控溅射技术制备了SiC/Mg多层膜,用X射线衍射仪测量了多层膜的周期厚度,用国家同步辐射计量站的反射率计测量了多层膜的反射率,在入射角12°时,实测30.4 nm处的反射率为38.0%。     

帽层对极紫外多层膜反射特性影响分析

介绍了在极紫外波段，利用帽层材料来减少多层膜反射镜因外部环境干扰而造成的反射率降低，使多层膜光学元件能够长时间稳定工作.计算了在139nm波长处Mo/Si极紫外多层膜反射镜在表面镀制不同帽层材料时的理论最大反射率，利用单纯形调优法，对帽层和多层膜的周期厚度进行优化，同时把分层理论用于多层膜帽层优化,可使多层膜的反射率得到进一步提高.分析了在加入帽层前后多层膜外层电场强度的分布变化情况. 关键词： 多层膜 反射率 帽层 极紫外     

提高极紫外光谱纯度的多层膜设计及制备

极紫外光刻是实现22nm技术节点的候选技术。极紫外光刻使用的是波长为13.5nm的极紫外光,但在160～240nm波段,极紫外光刻中的激光等离子体光源光谱强度、光刻胶敏感度以及多层膜的反射率均比较高,光刻胶在此波段的曝光会降低光刻系统的光刻质量。从理论和实验两方面验证了在传统Mo/Si多层膜上镀制SiC单层膜可对极紫外光刻中的带外波段进行有效抑制。通过使用X射线衍射仪、椭偏仪以及真空紫外(VUV)分光光度计来确定薄膜厚度、薄膜的光学常数以及多层膜的反射率,设计并制备了[Mo/Si]40SiC多层膜。结果表明,在极紫外波段的反射率减少5%的前提下,带外波段的反射率减少到原来的1/5。     

30.4 nm波长处Mg基多层膜反射镜

太阳光谱中重要的He-Ⅱ谱线(波长30.4 nm)的观测对于研究太阳活动和日地空间环境具有重要意义,实现空间极紫外太阳观测需要采用多层膜作为反射元件.研究了工作在30.4 nm的Mg基多层膜.以反射率最高为评价函数设计了多层膜,采用直流磁控溅射技术制备了SiC/Mg,B4C/Mg和C/Mg多层膜,用X射线衍射仪测量了多层膜的结构.研究表明虽然B4C/Mg多层膜理论反射率最高,但实际制备结果显示,SiC/Mg多层膜的成膜质量最好,反射率最高.同步辐射反射率测量表明:在入射角10°时实测的SiC/Mg多层膜反射率为44.6%.     

磁控溅射制备极紫外高反射率多层膜应力研究

为制备硼边附近6.7 nm波长的极紫外高反射率多层膜反射镜,研究了Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜,重点解决薄膜应力难题。采用直流磁控溅射技术制备了膜层厚度为30 nm的Mo,Mo_2C,B_4C,单层膜,周期厚度为3.5 nm,30对的Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜。利用台阶仪测试了镀膜前后基底面形,计算并比较了不同薄膜样品的应力值。结果表明Mo_2C/B_4C多层膜压应力要远小于Mo/B_4C多层膜,且成膜质量与Mo/B_4C相当。因此Mo_2C/B_4C是应用于6.7 nm反射镜较好的多层膜材料组合。     

月基极紫外相机多层膜反射镜

月基极紫外相机用于月球表面对地球等离子体层辐射出的30.4 nm谱线进行成像观测,多层膜反射镜是月基极紫外相机的重要光学元件。根据月基极紫外相机技术参数,选择了B₄C/Mg,B₄C/Mg₂Si,B₄C/Al,B₄C/Si,Mo/Si等材料,对其周期厚度、材料比例、周期数等参数进行优化。计算了以上材料组合在30.4 nm的反射率曲线。考虑到月球环境的特殊性和材料的物理化学性质,从中选择出Mo/Si和B₄C/Si两种组合,利用磁控溅射进行镀制。Mo/Si和B₄C/Si多层膜在30.4 nm反射率分别达到15.3%和22.8%。     

19.5nm极紫外反射镜的研制

介绍了一种用于太阳观测19.5nm极紫外多层膜的研究工作。利用软件对规整的Mo/Si膜系结构进行了优化,拓宽了反射带宽,提高了积分反射率。采用双离子束溅射技术,时间控厚,成功制备了该反射镜。通过同步辐射反射率计测试表明,峰值反射率27.5%,均匀性在1%以内,已初步达到预设要求。     

基于评价函数的极紫外多层膜反射式起偏器和检偏器设计

 基于三种不同评价函数,利用全局优化算法设计了极紫外波段高性能反射式多层膜偏振元件。通过比对不同评价函数的设计结果,分析了评价函数、工作角度及膜层数对反射式多层膜偏振片性能的影响,确定了极紫外多层膜反射式偏振片设计的角度选择、膜层数选择及评价函数选择标准。为解决传统的单一性能优化造成的偏振度损失的问题,构造了偏振比对数结合反射率的评价函数,该方法设计的偏振元件性能优于传统优化方法设计的结果。     

多层膜聚光镜对Schwarzschild显微镜成像均匀性的影响

 提出了利用多层膜聚光镜提高Schwarzschild显微镜成像均匀性的方法。设计了聚光镜的光学结构,使80%的等离子体辐射能量会聚在约0.8 mm直径的范围内。根据成像系统的工作波长和光线在聚光镜表面的入射角度,设计了Mo/Si周期多层膜,制备了聚光镜光学元件,膜层周期厚度为9.64 nm,周期数为30,对18.2 nm波长的峰值反射率为51.7%。利用所设计的聚光镜作为照明系统,对Schwarzschild物镜进行了网格成像实验。结果表明:在1.2 mm视场内可以实现2.5 μm的空间分辨力,并且完全消除了物镜中心遮拦所造成的像面光强分布不均匀性。     

空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜

太阳极紫外和X射线成像观测是空间天气研究的重要内容,空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜是为空间天气研究和预报研制的仪器。介绍了国内外太阳极紫外和X射线成像的发展状况,在此基础上引入19.5nm成像观测的科学目标。阐述了望远镜光学系统和成像相机传感器的设计。前者包括光学结构和基本参数、光学窗口的选择、多层膜设计、光学系统仿真结果;后者包括两种不同成像传感器的对比和选择、控制系统的设计。     

退火对AlTiN多层薄膜结构及力学性能影响

使用TiAl合金靶,利用中频反应磁控溅射系统,通过交替改变氮气流量的方法,在高速钢(W18Cr4V)基体上沉积了一组氮含量周期性改变的AlTiN多层薄膜,并分别在600,700和800 ℃下真空退火热处理. 利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和高分辨透射电镜等方法研究了沉积态和退火态AlTiN多层薄膜组织和微观结构;AlTiN多层薄膜的力学和膜基结合性能用纳米压痕硬度仪、摩擦磨损仪以及划痕试验仪得到. 研究表明,采用沉积过程中周期改变氮气流量的方法,可以制备出稳定的、力学性能良好的AlTiN多层薄膜. 80 关键词： AlTiN多层薄膜 退火 微观结构 力学性能     

极端远紫外光刻的等离子体光源及其光学性质研究进展

现代技术的飞速发展需要集成电路不断小型化，因而开发下一代光刻光源以满足小型化的要求成为当前的一项紧迫任务。目前工业界确定的下一代光刻光源是波长为13．5nm的极端远紫外（EUV）光源，它能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸，氙和锑材料的等离子体光源被认为是这种光源的最佳候选者。文章在介绍EUV光刻原理和EUV光源基本概念的基础上，讨论了目前研究得最多、技术最成熟的激光产生的和气体放电产生的等离子体EUV光源，对EUV光源的初步应用进行了简单介绍，并着重对氙和锑材料产生的等离子体发射性质和吸收性质的实验与理论研究进展进行了详细介绍与讨论。目前的理论研究进展表明，统计物理模型还不能很好地预测氙和锑等离子体的发射与吸收光谱，因此迫切需要发展细致能级物理模型，以得到更为精确的等离子体光学性质参数，并用于指导实验设计。提高EUV转换效率。     

Infrared suppression by hybrid EUV multilayer--IR etalon structures

We have developed a multilayer mirror for extreme UV (EUV) radiation (13.5?nm), which has near-zero reflectance for IR line radiation (10.6?μm). The EUV reflecting multilayer is based on alternating B4C and Si layers. Substantial transparency of these materials with respect to the IR radiation allowed the integration of the multilayer coating in a resonant quarter-wave structure for 10.6?μm. Samples were manufactured using magnetron sputtering deposition technique and demonstrated suppression of the IR radiation by up to 3 orders of magnitude. The EUV peak reflectance amounts 45% at 13.5?nm, with a bandwidth at FWHM being 0.284?nm. Therefore such a mirror could replace conventional multilayer mirrors to suppress undesired spectral components in monochromatic imaging applications, including EUV photolithography.     

低原子序数材料窄带多层膜的研制

为研制极紫外波段窄带多层膜反射镜,采用低原子序数材料组合设计了30.4 nm波长处Mg/SiC,Si/SiC,Si/B4C和Si/C多层膜反射镜,并与极紫外波段传统的Mo/Si多层膜反射镜进行对比。采用直流磁控溅射技术制备了这些多层膜,在国家同步辐射实验室辐射与计量光束线完成了多层膜反射率测量,测量结果表明:Mg/SiC多层膜的带宽最小,为1.44 nm,且反射率最高,为44%;而Mo/Si多层膜的反射率仅为24%,带宽为3.11 nm。实验结果证明了采用低原子序数材料组成的多层膜的带宽要比常规多层膜窄,该方法可以应用于极紫外波段高分辨研究。     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

Spectral characterization of EUV radiation emitted from a laser-irradiated gas puff target

A laser-plasma EUV source is described, which is going to be utilized for characterization of EUV optical components and sensoric devices in the wavelength region from 11 to 13 nm. EUV radiation is generated by focusing a Nd:YAG laser into a double stream gas puff target. By the use of different target gases, broadband as well as narrow-band EUV radiation can be obtained. The emission characteristics of the radiation is monitored by the help of different diagnostic tools including a pinhole camera, an EUV spectrometer, and various EUV photodiodes, either directly or after reflection from multilayer mirrors. Theoretical calculations of collision-induced energy transfer are given in order to explain the observed high degree of electronic excitation in the utilized target gases.