极紫外宽带多层膜反射镜离散化膜系的设计与制备

极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高,仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法,与传统膜系设计相比,离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性,采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明:研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～17°,高于41%的反射率;研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～18.5°,高于35%的反射率;研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9～14.9 nm,高于21%的反射率。     

极紫外（EUV）单色仪波长定标

本文给出了一种新的EUV单色仪定标方法：通过测量标准气体He空阴极光源的30.38nm和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上作了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线。对标定结果作了分析,得出了在1nm～120nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射率时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为±0.04nm。     

极紫外单色仪波长定标

给出了一种新的极紫外(EUV)单色仪定标方法.通过测量标准气体He空阴极光源的30.38和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm的Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上做了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线.对标定结果做了分析,得出了在12～60nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射峰值位置时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为士0.04nm.测量误差主要来源是光源的不稳定性和机械转动误差.     

17.1 nm极紫外滤光片的制备

为了预警空间天气，需对日地空间物理过程进行监测，极紫外（Extreme Ultraviolet, EUV）滤光片是极紫外成像仪其中的重要组成部分，用来去除太阳辐射光谱中的非工作波段的辐射。为了优化EUV滤光片在17.1 nm波长处的透过率，本文基于比尔-朗伯定律通过理论计算和软件模拟确定17.1 nm EUV滤光片的材料及厚度。首先，采用真空热蒸发的方式在熔石英基底沉积脱膜层和金属薄膜，成功制备了以镍网为支撑的EUV滤光片。经测试，滤光片在17.1 nm处的透过率约为43.81%，表面光滑平整且无明显针孔。接下来为了说明氧化层对透过率的影响，使用椭圆偏振光谱仪测量滤光膜样品，得到放置不同时间的氧化层膜厚，并测得粗糙度来优化模拟滤光片透过率。利用IMD拟合样品氧化层厚度及粗糙度，调整层厚达到与实际测量值最为接近的曲线。实验结果表明滤光片透过率的模拟值与测量值绝对误差约1%，符合良好。本文为17.1 nm EUV滤光片提供了制备方法以及优化思路，在空间探测领域有重要应用价值。     

改进型量子进化算法在宽带EUV多层膜设计中的应用

为提高基于量子进化算法(QEA)在宽带极紫外(EUV)多层膜设计中的求解效率和精度,本文利用宽带多层膜的光学性能评价函数的梯度信息改进QEA,建立具有明确进化方向的适用于宽带EUV多层膜设计的改进型量子进化算法(IQEA)。对比分析了基于IQEA和QEA的宽带Mo/Si多层膜的膜系设计过程和结果,结果表明,基于IQEA的多层膜膜系设计理论方法具有更优越的求解效率和精度;同时,IQEA同样可以小种群规模进行多参数优化。基于IQEA的宽带Mo/Si多层膜的设计理论实现了包括入射角为0°~18°,反射率达50%的宽角度多层膜,以及反射光谱带宽为13~15nm,反射率达25%的宽光谱多层膜的设计。基于IQEA的宽带高反射率EUV多层膜的理论膜系设计方法为复杂多层膜的理论设计提供了一种可供选择的高效膜系设计方法。     

窄带Mo／Si多层膜反射镜

设计并制备了窄带M o/S i多层膜反射镜。利用高反射级次和减小M o层厚度两种方法减小M o/S i多层膜反射镜光谱宽度。对M o层厚度分别为2 nm和3 nm的M o/S i多层膜,设计了反射级次分别从1到6的多层膜系。制备方法采用直流磁控溅射技术,在国家同步辐射光谱与计量站上测试。结果表明,带宽随着反射级次增加而减少,在同一反射级次,M o层厚度为2 nm的多层膜反射光谱带宽较小。     

软X射线多层膜设计中表面粗糙度对反射率的影响

给出了一种改进的软X射线波段的多层膜设计方法.在设计过程中,考虑了反射镜基底和各膜层之间的均方(RMS)粗糙度对反射率的影响 ;在Stearns提出的散射理论的基础上给出了粗糙界面的数学模型.文中以波长为λ=1.03nm的软X射线为例进行设计,设计结果表明 :要使波长为λ=1.03nm的多层膜的反射率大于10%,反射镜基底的均方粗糙度不应超过0.6nm.实验中选择几块表面粗糙度为 0.5nm(RMS)的熔石英平面镜作为基底来制作适用于该波长的、层对数超过70的多层膜.然后在的入射角下测量反射率,测得的值为10%,这与采用本设计方法得到的计算结果一致.该反射镜作为X射线谱仪的分光元件被应用于惯性约束聚变(ICF)的过程诊断中.     

次世代微影术及其非破坏式光学量测系统之研究

<正>本论文可概分为三部分:1改善用于极紫外光(Extreme ultraviolet,EUV)微影系统之多层膜反射镜之反射率以及其等效计算方法;2开发用于多尺度(multi-scale)电子束直写(Electron-beam directwrite,EBDW)微影系统之数值计算方法;3开发非破坏式光学检测系统用于量测光阻线(photo-resist lines)之几何外形与多层膜彩色滤光片(color filter)之光学性质。对于极紫外光反射镜之研究,我们设计了以40层钼/硅多层膜为基底之光子晶体(photonic crystal)反射镜。从数值结果得     

13.9nm和19.6nm正入射Mo/Si多层膜反射镜反射率的测量

根据理论模拟计算并设计了分别工作在13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗两种X射线激光的Mo/Si多层膜,将自行设计的小型反射率计安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,组成以铜靶激光等离子体辐射源作为极紫外光源的反射率测量装置,对研制的Mo/Si多层膜反射镜的反射率进行了测量。实验结果显示,中心波长分别是13.91nm和19.60nm,相应反射率分别是41.9%和22.6%,半宽度分别是0.56nm和1.70nm,中心波长和半宽度与理论值基本一致。为了全面了解多层膜的性能,用WYKO测量多层膜的表面粗糙度,13.9nm和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别是0.52nm和0.55nm。     

高速钢刀具的氧氮化处理试验

氧氮化处理是化学热处理方法的一种,是在稍低于600℃温度的条件下,在含有氧、氮(有时还有碳)原子的气氛中在金属表面进行了复杂的扩散过程,形成了氧氮化合物层,其表面为一层深灰兰色的氧化膜,内层为扩散层。     

Al/TiN软硬交替多层膜的制备及摩擦磨损性能研究

软硬交替的多层膜体系具有超硬、强韧、耐磨、自润滑的优势,能大大提高金属切削刀具在现代加工过程中的耐用度和适应性。设计Al/TiN软硬交替纳米多层膜体系,并采用直流磁控溅射和阴极弧磁过滤等离子体沉积相结合的技术,室温下在单晶硅Si（100）衬底上制备一系列不同TiN层厚度纳米多层膜,研究其结构、形貌、力学及摩擦磨损性能。结果表明：该涂层具有良好的多层结构,多层膜中Al呈非晶态或纳米晶态,TiN结晶质量随其厚度增加得到提高;Al/TiN多层膜硬度均高于混合法则计算的硬度值,出现了硬度增强效应;该多层膜体系虽具有较高的摩擦因数,但表现出较好的韧性。     

类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜的研制

设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜。选择C r/C、C r/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响。采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了C r/C、C r/Sc多层膜。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy II同步辐射上测量了多层膜的反射率,C r/C,C r/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%。     

eXTP望远镜用W/Si多层膜

针对增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)项目中嵌套式聚焦成像望远镜对柱面镜片上W/Si多层膜的要求,在掠入射角为0.5°,工作波段为1~30keV条件下,设计了非周期W/Si多层膜并优化了薄膜制备工艺。首先,利用分隔板和掩模板对溅射粒子进行准直,同时优化了本底真空度和溅射工作气压,提升了薄膜的成膜质量;然后,通过调整分隔板间距和公转速率提升了在柱面基底上薄膜的沉积均匀性;最后,利用幂指数算法设计了非周期多层膜,并在北京同步辐射光源上进行了多能点反射率测试,得到了与理论设计基本吻合的测试结果。基于优化的制备工艺制备了周期数为80,周期为3.8nm和W膜层厚度占比为0.47的W/Si周期多层膜,其界面粗糙度仅为0.29nm,柱面镜薄膜厚度误差可控制在3%以内,基本满足了eXTP项目中嵌套式掠入射望远镜镜片用多层膜对于成膜质量、沉积厚度均匀性和能谱响应宽度的需求。     

微波等离子清洗技术及应用

集成电路封装过程中,会产生各类污染物,包括氟、镍、光刻胶、环氧树脂和氧化物等,其存在会降低产品质量。微波等离子清洗技术作为一种精密干法清洗技术,可以有效去除这些污染物,改善材料表面性能,增加材料表面能量。本文介绍了微波频等离子清洗原理、设备及其应用,并对清洗前后的效果做了对比。     

Al/Zr多层膜生长模型和数值计算

在17～19nm波段,利用直流磁控溅射技术将Al(1%wtSi)/Zr多层膜镀制在掺氟的二氧化硅基底上,基于原子力显微镜对不同膜对数(N=10,40,60,80)表面粗糙度的测量结果,将多层膜的生长模型应用于实际结果中,对表面均方根粗糙度随着膜对数的变化进行了深入的分析,并对Stearns粗糙度动态生长理论的适用条件作了补充性讨论。     

High-resolution scanning electron microscopy study of sputtered nanolaminated Ti/TiN multilayers

This work presents the morphologic and structural study of nanolaminated Ti/TiN multilayers using high-resolution scanning electron microscopy (HR-SEM), coupled to x-ray reflectometry (XRR). The multilayers have been deposited by reactive rf-sputtering on silicon substrates. For large period thickness (lambda=40 nm, 10 periods), in XRR, the low number of interfaces makes the interference less structured. An experimental pattern with broad and weakly intense Braggs peaks is obtained, but is difficult to simulate. On the other hand, HR-SEM observation of cross sections gives excellent pictures of the multilayer, so that precise measurements of the thickness can be achieved: a 42 nm thick period is observed, formed with 17 nm of Ti and with 25 nm of TiN. For small (Ti+TiN) period thickness (lambda=2.5 nm, 120 periods), the XRR pattern exhibits intense and narrow Bragg peaks: the number of interfaces is sufficient to structure the interference and an intense signal is obtained. The best fit of simulation is obtained for a 2.6 nm thin period, made of 0.9 nm of Ti and 1.7 nm of TiN. No laminated structure has been observed by cross-section HR-SEM observation because its resolution (around 2 nm at 10 kV) is larger than the layer thickness in a period. High-resolution SEM and XRR are thus two complementary techniques for the routine characterization of multilayers.     

用磁控溅射法制备软X射线多层膜

本文介绍用直流-射频平面磁控溅射法制备软x射线多层膜的初步实验结果。在一定工艺条件下,采用计算机定时控制膜厚的方法,严格按照设计周期制备了多层膜样品,并给出了X射线衍射仪小角衍射的检测结果。     

Physical properties of ultrafast deposited micro- and nanothickness amorphous hydrogenated carbon films for medical devices and prostheses

Hydrogenated amorphous carbon films with diamond-like structures have been formed on different substrates at very low energies and temperatures by a plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) process employing acetylene as the precursor gas. The plasma source was of a cascaded arc type with argon as the carrier gas. The films grown at very high deposition rates were found to have a practical thickness limit of approximately 1.5 microm, above which delamination from the substrate occurred. Deposition on silicon (100), glass, and plastic substrates has been studied and the films characterized in terms of sp3 content, roughness, hardness, adhesion, and optical properties. Deposition rates of up to 20 nm/s have been achieved at substrate temperatures below 100 degrees C. A typical sp3 content of 60-75 per cent in the films was determined by X-ray-generated Auger electron spectroscopy (XAES). The hardness, reduced modulus, and adhesion of the films were measured using a MicroMaterials NanoTest indenter/scratch tester. Hardness was found to vary from 4 to 13 GPa depending on the admixed acetylene flow and substrate temperature. The adhesion of the film to the substrate was significantly influenced by the substrate temperature and whether an in situ d.c. cleaning was employed prior to the deposition process. The hydrogen content in the film was measured by a combination of the Fourier transformation infrared (FTIR) spectroscopy and Rutherford backscattering (RBS) techniques. From the results it is concluded that the films formed by the process described here are ideal for the coating of long-term implantable medical devices, such as prostheses, stents, invasive probes, catheters, biosensors, etc. The properties reported in this publication are comparable with good-quality films deposited by other PECVD methods. The advantages of these films are the low ion energy and temperature of deposition, ensuring that no damage is done to sensitive substrates, very high deposition rates, relatively low capital cost of the equipment required, and the ease of adjustment of plasma parameters, which facilitates film properties to be tailored according to the desired application.